chương 15: Miêu tả chân IRAMS10UP60A Hình (1-4): Bảng miều tả chân IRAMX16UP60A 2.1. Tính chọn tụ boostrap IGBT là phần tử điều khiển bằng điện áp, giống như MOSFET, nên yêu cầu điện áp phải có mặt liên tục trên cực điều khiển và emitter để xác định chế độ khóa, mở. Đối với IGBT phía cao trong một kênh của bộ nghịch lưu, điện áp tại chân emitter luôn thay đổi thường l à giữa đất và điện áp dương của nguồn một chiều. Do đó cần phải tạo ra một nguồn điện áp trôi cho mạch lái phía cao để điều khiển cực cửa của IGBT trong khi tín hiệu điều khiển từ vi xử lý chỉ có mức điện áp +5V so với đất. Có nhiều phương pháp để thực hiện điều này một trong những cách đó la sử dụng mạch boostrap. Mạch boostrap bao gồm một điện trở và một tụ điện được nối theo sơ đồ như h ình (1-5). Phương pháp này có ưu điểm là giá thành thấp và dễ thực hiện nhưng bị hạn chế bởi yêu cầu xả điện tích tr ên tụ boostrap. Hình (1-5): Sơ đồ mạch boostrap Điện áp V bs (điện áp giữa chân V b và V s của IC) cấp nguồn cho mạch kích phía cao của IC. Điện áp này đòi hỏi phải được giữ ở trong khoảng từ 10V đến 20V để mở hoàn toàn van công suất. Một số IC của Interational Rectifier tích hợp cả mạch dò điện áp thấp đối với V bs để đảm bảo rằng IC sẽ không xuất tín hiệu điều khiển nếu điện áp V bs thấp hơn giá trị nào đó (được quy định trong datasheet). Điều này ngăn không cho van công suất hoạt động trong chế độ quá tải. Nguyên lý hoạt động như sau: khi IGBT phía thấp mở, tụ C bs nạp điện qua diode D bs , điện trở R bs và van S 2 tới gần giá trị 15V, vì điện thế chân V s gần như bằng 0. Tụ C bs được chọn sao cho giữ được hầu hết điện tích khi IGBT phía thấp khóa lại v à V s đạt đến gần giá trị điện áp dây. Sau đó, V bs xấp xỉ 15V, mạch phía cao của IC lái được phân cực bởi tụ C bs . Việc lựa chọn tụ, diode và điện trở phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Điện áp V bs phải được duy trì ở giá trị lớn hơn điện áp khóa (under-voltage lockout) của IC điều khiển. - C bs không nạp đến chính xác 15V khi van phía dưới mở do điện áp sụt r ên diode V bs (V fbs ) và điện áp V ceon của S 2 . - Khi van phía trên m ở, tụ xả điện chủ yế bằng những cơ chế sau: + Điện tích Q g cho việc mở van phía trên. + Dòng điện tĩnh (quiscient current) I qbs cho mạch phía trên của IC. + Điện tích dịch mức (level-shift) Q LS yêu cầu bởi mạch dịch mức (level-shifters) trong IC. + Dòng điện rò (leakage current) I dl trên diode boostrap D bs . + Dòn điện rò trên tụ I cbs (bỏ qua nếu dùng tụ nonelctrolytic) + Điện tích phục hồi đảo diode boostrap Q rrbs . Giá tr ị tụ boostrap theo tài liệu của nhà sản xuất được tính theo công thức sau: QBS DL g RSBS LS sw sw FBS CEON(Sc )c 2 I I Q Q f f C 0,01 V Q V V (1-7) Trong đó: Q g - điện tích cực cửa cho viêc mở IGBT Q RRBS - điện tích phục hồi đảo diode boostrap I QBS - dòng điện tĩnh mạch lái phía cao của IC Q LS - điện tích dịch mức bởi bộ dịch mức trong IC I DL - dòng điện rò trên diode f sw - tần số băm xung V cc - điện áp nguồn cho mạch kích phía cao V FBS - điện áp rơi trên diode V CEON(S2) - điện ráp giữa cực C và cực E khi IGBT phía thấp dẫn Các thông số trên có thể tra trong datasheet của nhà sản xuất. Với tần số băm xung f sw = 5,2kHZ, em chọn giá trị tụ boostrap C bs = 10μF. 3. Thiết kế mạch theo dõi dòng điện Cực emitter của các IGBT phía thấp trong module IRAMX16UP60A không được nối với nhau cho phép vi điều khiển hay DSP có thể theo dõi nhiệt độ trong mỗi pha bằng các điện trở cả biến dòng mắc trên mỗi pha. Mục đích của sự lưu ý này là chỉ ra một giải pháp riêng cho việc cung cấp phản hồi dòng cho bộ A/D trong sơ đồ hệ thống. Khi điện trở shunt được mắc v ào mạch nối giữa cực emitter của IGBT và cực âm của nguồn một chiều (V-), dòng điện được cảm ứng tr ên mỗi pha. Hình sau chỉ ra một sơ đồ điển hình. Hình (1-6): Sơ đồ mắc điện trở shunt Tín hiệu điện áp được thao tác dễ dàng hơn so với tín hiệu dòng điện, do dó điện trở shunt làm việc giống như một bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp. Trong nhưng ứng dụng điều khiển động cơ đặc trưng, điện áp trên điện trở shunt có thể âm hoặc dương so với điểm đất (V -). Bộ A/D lại chỉ được phép lấy đầu vào tín hiệu dương. Đây là một hạn chế lớn và không cho phép người sử dụng có thể sử dụng trực tiếp thông tin từ điện trở shunt. Tín hiệu từ điện trở shunt phải tương thích với đầu vào động của bộ A/D. Nó cần phải được lệch đi một giá trị thích hợp. Một mạch như vậy có thể tham khảo trong tài liệu của nhà sản xuất như sau: Hình (1-7): Sơ đồ mạch phản hồi dòng Đó là một bộ khuếch đại điện áp hai đầu vào. Để so thể đơn giản hóa biểu thức liên hệ giữa đầu ra và đầu vào, ta đưa ra sử dụng một số giả thiết, kết quả thu được công thức sau: b 3 out d r a 3 4 R R V R R V V R (1-8) Trong đó, V d là tín hiệu đầu vào hay chính là điện áp rơi trên điện trở shunt, R b = R 5 và R a = R 2 xác định hệ số khuếch đại áp, V r và tỉ số R 3 /(R 3 + R 4 ) thiết lập độ lệch đầu vào. M ạch theo dõi dòng điện có sơ đồ như hình sau (): Hình (1-8): Sơ đồ nguyên lý mạch phản hồi dòng Biên độ điện áp trên điện trở shunt phụ thuộc vào giá trị điện trở và dòng điện lớn nhất cho phép. Theo datasheet của IRAMX16UP60A, ta có dòng điện lớn nhất cho phép là 16A. Theo khuy ến cáo trong tài liệu của nhà sản xuất, người thiết kế phải cung cấp một mạch ngoài cấp tín hiệu vào trân T/Itrip để tắt hệ thống nhanh nhất có thể khi giá trị dòng điện đạt gần đến giá trị lớn nhất cho phép. Vòng bảo vệ phải tắt hệ thống nhanh hơn 10μs nếu không IGBT sẽ bị phá hủy. Từ công thức (1-8) ta tính được: 3 a dmax outM r 3 4 b R R 100k 2,49k V V V R R 100k 100k 49,9k 5V 5V 0,125V R (1-9) 3 a dmax outm r 3 4 b R R 100k 2,49k V V V R R 100k 100k 4 0V 5V 0,125V R 9,9k (1-10) Cho phép dòng điện lớn nhất là 12,5A, ta tính được giá trị của điện trở shunt như sau: d SHUNT LEG V 0,125V R I 12 10 ,5A m (1-11) . cho mạch lái phía cao để điều khiển cực cửa của IGBT trong khi tín hiệu điều khiển từ vi xử lý chỉ có mức điện áp +5V so với đất. Có nhiều phương pháp để thực hiện điều này một trong những. tín hiệu điều khiển nếu điện áp V bs thấp hơn giá trị nào đó (được quy định trong datasheet). Điều này ngăn không cho van công suất hoạt động trong chế độ quá tải. Nguyên lý hoạt động như. IRAMX16UP60A không được nối với nhau cho phép vi điều khiển hay DSP có thể theo dõi nhiệt độ trong mỗi pha bằng các điện trở cả biến dòng mắc trên mỗi pha. Mục đích của sự lưu ý này là chỉ ra một