使用MOSFET / IGBT的基于PWM的交流电源控制

主电源是正弦波形式的交流电。家庭常用电源为单相交流电源。信号的频率和振幅交流波不同地区的频率不同,频率为50 Hz或60 Hz,振幅为110V或240V。

电气设备或设备的功率额定值将确定其使用的功率正常工作。如果我们希望减少电灯泡的强度或以更快的速度运行电机的情况会怎么样?这可以通过将电源限制到设备的功率,即提供比最大额定功率更低的功率。

这种对提供给设备的电源的限制概念称为交流电源控制。交流电源控制允许我们有效地使用各种应用的可用电源。

交流电源控制有两种类型:通断或脉冲跳跃调制控制和相位控制。在开关控制中,负载与交流电源连接的时间间隔较短,交流电源关闭的时间间隔较长。

快速开关装置(如晶闸管)用于连接和断开交流电源的负载。在相位控制方法中,负载在两个半周期的特定周期内连接到交流电源。

基于PWM技术的交流电源控制在此设计为一种开关控制。该电路调节提供给电灯泡,电机,放大器等的任何负载的交流电源。

电路图

基于PWM的AC电源控制使用IGBT

成分

成分

组件描述

Arduino Uno董事会

它是一个基于微控制器的原型板。本项目中Arduino板的目的是生成所需的PWM信号,并通过开关控制PWM信号的占空比,以控制输送到灯泡的输出功率。

其中一个数字I / O引脚用作PWM输出,另外四个数字I / O引脚用作来自开关的输入。

610英镑

它是一种用于交直流转换的桥式全波整流器。

IRGP4063

它是IGBT(绝缘栅极双极晶体管),具有600V和96A的额定值,具有330W的最大功耗。该电路中IGBT的目的是充当根据PWM的占空比PF打开和关闭电源的开关。

CNY65

它是一个有一个光耦合器IC,它有一个PhotoLro ansistor光学耦合到LED(发射红外光)。它用于将弱PWM信号电路与高电压和高电流晶体管(IGBT或MOSFET)隔离。

在职的

该电路的目的是在脉冲宽度调制的AC正弦波的帮助下控制提供给电气设备的交流电源,如灯泡。交流电源(240V @ 50Hz)给出桥式整流器(BR1)。这通过二极管D1和由电阻器R1和电容器C1形成的滤波器电路进一步整流。

该滤波信号的输出为直流信号,作为直流电压提供给光耦。灯泡与电桥和电源串联。

Arduino Uno板用于产生PWM波。Arduino使用四个开关来选择PWM信号的不同占空比。

与Arduino相关的四个交换机提供0%,25%,50%和75%的占空比。当不按下开关时,最大功率输送到灯泡。

来自微控制器(Arduino)的PWM信号被给予光耦合器(CNY65)的输入,其中光耦合器中的晶体管连接到来自整流器的直流电压以便快速传导。

电阻器(R5)与光耦串联使用,以保护光耦中的红外发射二极管。电阻器R4用于减少开关尖峰。光耦的作用是将低电压PWM信号与晶体管中的大电压和大电流隔离。

光耦合器的输出是来自微控制器(Arduino)的相同PWM信号,并且将充当施加到晶体管栅极的输入信号。

晶体管必须是能够处理大功率的高速开关装置。因此,可以使用功率MOSFET或IGBT。使用MOSFET和PWM运行时要记住的重要事项是MOSFET仍然存在

PWM如何用于控制交流电源?控制交流电源的最有效方法是调整AC信号的频率。考虑像电气设备之间存在开关的情况,如灯泡和电源电源。

如果开关打开(或关闭)2秒钟和关闭(或打开)2秒,然后功耗降低了50%。

如果开关动作太快以至于人眼无法检测到,则灯泡将以一半亮度持续发光,仅消耗50%的功率。IGBT或MOSFET用作开关,晶体管的开关动作由脉冲控制。

脉冲的ON(高)和OFF(低)周期将确定晶体管是否接通或关闭并因此控制AC电源,这是PWM信号在AC电源控制中的使用方式。

PWM波的接通和断开周期定义了一个称为占空比的因素,这是控制功率的一个重要参数。

50%占空比PWM波仅提供50%的最大功率,33%占空比PWM仅提供33%的最大功率。

选择开关设备时需要考虑的一个重要问题是,开关设备应具有快速开关动作,并且应能够处理大功率。

笔记

  • 此处提到的电路可与灯泡一起使用。电感载荷如电动机不能用作电路是直流偏置的。
  • 可以使用过零检测电路,但这可能会使微控制器非常繁忙,因为它必须连续监测过零。
  • 也可以使用MOSFET代替IGBT,但MOSFET在IGBT的情况下散热更好。
  • 灯的位置可以移动并放置在晶体管的漏极处。
  • 在任何闪烁的情况下,可以在输出路径中使用100μH电感器。

应用

  • 该电路可用于控制由电气设备提供的交流电源。
  • 电路中的微小修改将允许其控制感应负载(如电机)的交流电源。
  • 可用于节省交流电源,因为它可以调节提供给电气设备的电源。

12项答复

  1. 早上好,我设置了这个项目,但是我会使用交流230v电机,用烛光灯呼叫usalo,它工作得很好,但是用发动机它会燃烧igbt晶体管,您在项目结束时发言,对交流230v电机进行了一些小的修改,非常感谢。

    1. 嗨,缓冲电路可与电感负载一起使用。这只是一个理论,我们还没有测试过。选择缓冲电路中的组件(在简单的RC缓冲器中的R和C)中起着重要作用。

  2. 努力太多,太贵了......
    作为光耦合器,MOC3021然后是电阻器和三条转轴 - 就绪 - 更好,更容易它不起作用。

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