如何制作一個基于Arduino的微處理器3相逆變器電路？

Arduino 三相逆變器是一種通過基于 Arduino 的編程振蕩器產(chǎn)生 3 相交流輸出的電路。

在這篇文章中，我們將學(xué)習(xí)如何制作一個簡單的基于Arduino的微處理器3相逆變器電路，該電路可以根據(jù)用戶對操作給定3相負(fù)載的偏好進行升級。

我們已經(jīng)在之前的一篇文章中研究了一種有效而簡單的三相逆變器電路，該電路依賴于運算放大器來產(chǎn)生3相方波信號，而用于驅(qū)動MOSFET的3相推挽信號是使用專門的3相驅(qū)動器IC實現(xiàn)的。

在當(dāng)前的概念中，我們還使用這些專用驅(qū)動器IC配置主功率級，但是三相信號發(fā)生器是使用Arduino創(chuàng)建的。

這是因為創(chuàng)建基于 Arduino 的 3 相驅(qū)動器可能非常復(fù)雜，不建議使用。此外，以更便宜的價格獲得現(xiàn)成的高效數(shù)字IC要容易得多。

在構(gòu)建完整的逆變器電路之前，我們首先需要在Arduino UNO板中編程以下Arduino代碼，然后繼續(xù)其余細(xì)節(jié)。
Arduino 3 相信號發(fā)生器代碼

void setup（） {

// initialize digital pin 13，12&8 as an output.

pinMode（13， OUTPUT）;

pinMode（12，OUTPUT）;

pinMode（8，OUTPUT）;

}

void loop（） {

int var=0;

digitalWrite（13， HIGH）;

digitalWrite（8，LOW）;

digitalWrite（12，LOW）;

delay（6.67）;

digitalWrite（12，HIGH）;

while（var==0）{

delay（3.33）;

digitalWrite（13，LOW）;

delay（3.33）;

digitalWrite（8，HIGH）;

delay（3.34）;

digitalWrite（12，LOW）;

delay（3.33）;

digitalWrite（13，HIGH）;

delay（3.33）;

digitalWrite（8，LOW）;

delay（3.34）;

digitalWrite（12，HIGH）;

}

}

使用上述代碼的假設(shè)波形可以在下圖中可視化：

一旦您在Arduino中刻錄并確認(rèn)了上述代碼，就該繼續(xù)配置剩余的電路級了。

為此，您將需要以下零件，希望您可能已經(jīng)購買了這些零件：

所需零件

IC IR2112 - 3 個 （或任何類似的 3 相驅(qū)動器 IC） BC547 晶體管 - 3 個常

開電容器 10uF/25V 和 1uF/25V = 各

3 個 100uF/25V = 1nos 1N4148 = 3 nos（建議使用 1N4148 而不是 1N4007

）

電阻器，全部 1/4 瓦 5%

100 歐姆 = 6 nos 1K = 6nos

結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)

首先，我們將 3 個 IC 連接起來，形成預(yù)期的 3 相 MOSFET 驅(qū)動級，如下所示：

組裝好驅(qū)動板后，BC547晶體管與IC的HIN和LIN輸入連接，如下圖所示：

一旦構(gòu)建了上述設(shè)計，就可以通過打開系統(tǒng)來快速驗證預(yù)期結(jié)果。

請記住，Arduino需要一些時間才能啟動，因此建議先打開Arduino，然后在幾秒鐘后打開驅(qū)動器電路的+12V電源。

如何計算自舉電容

正如我們在上圖中所看到的，電路需要在MOSFET附近以二極管和電容器的形式安裝幾個外部元件。這些器件在實現(xiàn)高端 mosfet
的精確切換方面起著至關(guān)重要的作用，這些級稱為自舉網(wǎng)絡(luò)。

雖然圖中已經(jīng)給出了這些電容器的值，但可以使用以下公式專門計算這些電容器的值：

如何計算自舉二極管

上述公式可用于計算自舉網(wǎng)絡(luò)的電容值，對于相關(guān)的二極管，我們必須考慮以下標(biāo)準(zhǔn)：

當(dāng)高端 MOSFET 導(dǎo)通且其周圍的電位幾乎等于全橋 MOSFET 電壓線路上的 BUS
電壓時，二極管在正向偏置模式下激活或使能，因此自舉二極管的額定值必須足以阻止特定圖表中指定的全施加電壓。

這看起來相當(dāng)容易理解，但是為了計算額定電流，我們可能需要通過將柵極電荷幅度乘以開關(guān)頻率來進行一些數(shù)學(xué)運算。

例如，如果MOSFET
IRF450的開關(guān)頻率為100kHz，則二極管的額定電流約為12mA。由于該值看起來非常小，并且大多數(shù)二極管的額定電流比通常高得多，因此可能不需要特別注意。

話雖如此，二極管的過溫泄漏特性可能是一個需要考慮的關(guān)鍵因素，特別是在自舉電容可能應(yīng)該將其電荷存儲合理持續(xù)一段時間的情況下。在這種情況下，二極管需要是超快速恢復(fù)類型，以最大限度地減少電荷的大小，因為電荷從自舉電容被迫回流到IC的電源軌。

一些安全提示

眾所周知，由于此類概念涉及許多風(fēng)險參數(shù)，三相逆變器電路中的mosfet非常容易受到損壞，尤其是在使用感性負(fù)載時。我已經(jīng)在之前的一篇文章中詳細(xì)討論過這個問題，嚴(yán)格建議參考這篇文章并按照給定的指南實施
mosfet。

使用 IC IRS2330

下圖設(shè)計為用作Arduino的3相PWM控制逆變器。

第一個圖使用 IC 4049 的六個 NOT 門進行接線。該級用于將Arduino PWM脈沖分成互補的高/低邏輯對，以便橋式三相逆變器驅(qū)動器IC
IC IRS3可以與饋電PWM兼容。

上面的第二張圖構(gòu)成了提議的Arduino PWM，三相逆變器設(shè)計的橋式驅(qū)動器級，使用IC IRS3橋式驅(qū)動器芯片。

IC 的輸入指示為 HIN 和 LIN 接受來自 NOT 門的尺寸 Arduino PWM，并驅(qū)動由 6 個 IGBT
組成的輸出橋接網(wǎng)絡(luò)，進而驅(qū)動其三個輸出端的連接負(fù)載。

1K預(yù)設(shè)用于通過在I的關(guān)斷引腳上適當(dāng)調(diào)整來控制逆變器的過流限制，如果為逆變器指定了相對較高的電流，則可以適當(dāng)降低1歐姆檢測電阻。