Bài giảng Tổng quan thiết kế mạch điều khiển

Phần IV Thiết kế mạch điều khiển Cấu trúc mạch điều khiển Khởi động PLL IGBT Driver Mạch lực Khâu phản hồi Chia xung Chức năng các khâu trong mạch điều khiển: Khâu khởi động : khâu này có chức năng tạo ra xung điều khiển lúc khởi động và được tách ra khi đã có xung phản hồi từ mạch lực, lúc mạch đã hoạt động. Khâu chia xung: khâu này có tác dụng tạo ra xung có tần số phù hợp với yêu cầu của mạch lực bộ nguồn. Đồng thời khâu này có chức năng phân xung điều khiển vào từng kênh cho các nhóm van trong mạch lực. Khâu phản hồi có tác dụng tạo ra xung phản hồi điều khiển mạch (sau khi mạch đã hoạt động). Đồng thời khâu này còn phải thực hiện chặn xung điều khiển từ khâu phát xung khởi động. PLL : là khâu tổng hợp tần số, có chức năng đảm bảo cho tần số nghịch lưu bám theo tần số cộng hưởng( do trong quá trình làm việc, tan số cộng hưởng thay đổi) IGBT driver : tạo ra xung điều khiển phù hợp với IGBT Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển Đầu tiên, khâu phát xung điều khiển khởi động phát ra xung có tần số fđk, xung này được đưa vào khâu chia xung để tạo ra xung có tần số bằng tần số của nghịch lưu fN. Sau đó xung được phân làm 2 kênh để đi vào các IGBT Driver và cho ra xung điều khiển quá trình đóng cắt các van. Sau khi van làm việc, tải bắt đầu hoạt động, dòng điện tải có dạng hình sin. Dong nghịch lưu qua khâu phản hồi để tạo tín hiệu phản hồi điện áp. Tín hiêu. phản hồi làm 2 nhiêm vụ + Dùng làm tín hiệu chặn xung điều khiển của khâu khởi động + Dùng làm tín hiệu so sánh cho bọ dò pha của hệ thống PLL Như vậy sau khi được khởi động, mạch sẽ hoạt động với tín hiệu hồi tiếp từ mạch lực về. Tính toán thiết kế mạch điều khiển Tính toán khâu phát xung điều khiển khởi động Ta cần tạo ra mạch phát xung điều khiển có tần số fđk=2.fN (vì khi sau khi đi qua khâu chia xung, phân kênh là T-Flip-Flop thì tần số sẽ bị giảm đi một nửa) ở đây ta sử dụng mạch tạo dao động dùng Op-Amp là phổ biến hiện nay: Sơ đồ mạch: Tần số dao động của mạch phù hợp với tần số xung mở Tristor là: fđk= 2fN= 2.150000 = 300000(Hz) Ta có chu kỳ xung của mạch là: T = 2.RC.ln Vì ở đây các điện trở không tham gia vào việc hạn chế dòng điện nên có thể chọn sao cho: T= 2.RC Do đó ta chọn: R1= 1 k và R2= 0,86 k Khi đó: T= 2.RC = 1/ fđk  = Chọn R=1 k => C = Chọn khuếch đại thuật toán: do yêu cầu tạo ra xung có tần số điều khiển fđk=16000 Hz nên ta cần phải chọn một IC có tốc độ nhanh. Do đó ta chọn IC LM318. IC này chỉ gồm một con trên một vỏ nên rất thích hợp với việc làm mạch tạo dao động: Tính toán khâu chia xung và phân kênh Ta sử dụng T-Flip-Flop làm mạch chia xung ( chia 2) và phân kênh. T Flip-Flop được tạo ra từ D-Flip-Flop bằng cách nối đầu ra với đầu vào D. Xung điều khiển được đưa vào đầu vào xung nhịp C của D Flip-Flop. Chọn D Flip-Flop là IC 4013 Chọn IGBT driver Với các thông số tính toán trong mạch lực, ta chọn driver tích hợp trong IC VLA513-01R với các thông số: VCC= 15V VEE = -8V Điện áp tín hiệu vào: -1 - +7V VOH = 14V VOL = -8V  Tín hiệu xung ra có dạng như hình vẽ dưới đây Sơ đồ nối Tính toán khâu phản hồi: a, Biến đổi tín hiệu bằng biến dòng: Ta sử dụng biến dòng để tạo ra tín hiệu áp phản hồi điều khiển mạch. Chọn biến dòng loại - Tín hiệu ra khỏi biến dòng là tín hiệu áp hình sin, đi vào hệ thống PLL để tổng hợp tần số. b, Tạo tín hiệu chặn xung điều khiển: - Để tạo tín hiệu chặn xung điều khiển ta thực hiện như sau: + Khi có tín hiệu điện áp (dạng sin) phản hồi thì nó được chỉnh lưu qua mạch cầu Diode và được lọc bằng tụ. Nó tạo thành dòng chảy qua cực gốc phát của Trazitor làm cho Tranzitor dẫn ở trạng thái bão hòa, do đó tín hiệu Q sẽ ở mức thấp “0” logic ( VQ= 0,6 V). Ngược lại khi không có tín hiệu phản hồi thì tín hiệu Q sẽ ở mức cao ( VQ= 5 V). + Tiếp đó tín hiệu phản hồi được đưa vào mạch có thêm phần tử NOT và AND như hình vẽ: nếu không có tín hiệu phản hồi tương ứng với Q = “1” thì nó sẽ cho tín hiệu xung điều khiển đi qua còn khi có tín hiệu điều khiển tương ứng với Q= “0” thì nó sẽ không cho tín hiệu xung điều khiển đi qua và như vậy tín hiệu điều khiển sẽ bị chặn lại. + Tính toán, lựa chọn cho khâu phản hồi như sau: Chọn cầu Diode chỉnh lưu loại 2KBP005 có các thông số như sau: Ung_D= 50 (V) ID = 2 (A) Tranzitor loại ZTX300 và Diode loại 1N4448 có các thông số đã cho ở trên. Các điện trở R1 = R2 = 1 k và tụ bù C = 100 Hệ thống điều khiển PLL Sơ đồ khối: Phase Detector Lọc thông thấp VCO PLL là một hệ thống hồi tiếp gồm có khâu dò pha, khâu lọc thông thấp và bộ biến đổi áp -> tần ( VCO) -Khối dò pha ( Phase Detector) Bộ này có nhiêm vụ cho ra một tín hiệu áp phụ thuộc vào hiệu số pha( hiệu tần số) của hai tín hiệu vào. -Bộ lọc thông thấp: dùng để lấy tín hiệu tần số thấp, lấy ra điện thế DC. Trong hệ thống này người ta thường dùng các bộ lọc qua bậc một để đảm bảo tính ổn định của hệ thống. -Mạch VCO : có nhiệm vụ phát ra tần số tỉ lệ với điện áp ngõ vào. Đây là khối quan trọng nhất của hệ thông PLL vì nó quýet định tính ổn định của tần số. Ta chọn IC CD4046B để thực hiện hệ thống này theo sơ đồ Lọc thông thấp Phase detector VCO Khi VCOin = 0 thì VCO hoạt động ở tần số tự nhiên f = 1/(R1(C1+32pF)) Chọn R1= 50k => C1 = 101pF 6.Tính toán thiết kế bộ nguồn cho mạch điều khiển - Thiết kế nguồn một chiều có điện áp ra là 15V Ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu và vi mạch ổn áp LM7815C Tài liệu tham khảo : • Điện tử cụng suất - Nguyễn Bớnh • Giỏo trỡnh điện tử cụng suất - Trần Trọng Minh • Phõn tớch và giải mạch điện tử cụng suất - Phạm Quốc Hải Dương Văn Nghi • Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử cụng suất - Phạm Quốc Hải