CHƯƠNG 4 THIẾT kế MẠCH điều KHIỂN

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Phần cứng +5 V D M a c h re s e t S W 1 K M ach p h an ap P W M +5 V D K u F 1K 1 1 3 p M H z 3 p M ach d ao d o n g +5V D M A A A A A A V O O R R V R L N N N N N N S S S C C D D C R /R B /R B /R B /R B /R B /R B S C /C C /C D A V D D A V S S P W M L /R E P W M H /R E P W M L /R E P W M H /R E P W M L /R E P W M H /R E L K I V D D L K O /R C V S S R F R F F L T A /R E R D O 2 2 2 2 1 1 P W M P W M P W M P W M P W M +5 V D d s P ic F Hình 4.1: Mạch dsPIC30F2010 4.1.1 Giới thiệu vi điều khiển DSPIC30F2010 DSPIC30F2010 điều khiển số 16 bit hãng Microchip có tính như: Bộ nhớ chương trình/bộ nhớ lệnh: 12K/4K Dung lượng SRAM: 512 Bytes Dung lượng EEPROM: 1024 Bytes Ba timer 16-bit Bốn Input Capture Hai Output Compare/Standard PWM Sáu kênh chuyên dụng điều khiển motor PWM Sáu kênh chuyển đổi A/D 10bit Hỗ trợ Quandrature Encoder Interface Một giao tiếp UART Một giao tiếp SPI Một giao tiếp I2C 4.1.2 Các Module sử dụng  Module ADC  Module TIMER  Module PWM 4.1.3 Mạch ngoại vi  Mạch reset: có tác dụng khởi động lại vi điều khiển  Mạch dao động thạch anh:  Thạch anh tần số 20MHz cung cấp xung dao động cho vi điều khiển  Tụ lọc C1=C2=33pf giúp ổn định xung dao động thạch anh tạo  Mạch phân áp: đầu vào cho chuyển đổi tương tự số ADC, qua điều chỉnh dải tần làm việc cho nguồn pha  IGBT driver HCPL-316J: tiếp nhận xung từ PWM, xử lí phát vào mạch lực 4.2 Phần lập trình điều khiển phát xung Hình4.2: Sơ đồ điều khiển 4.2.1 Điều chỉnh tần số dựa vào mạch phân áp bên Sử dụng Module ADC, độ phân giải 10 bit, ngõ vào AN0 Với giải điều chỉnh tần số 40 → 400(Hz), chọn điện áp:  0V ứng với 40Hz Hình 3.6: Bộ phân áp  5V ứng với 400Hz Tần số f = 40 + 72 × V ( Hz ) Trong V điện áp ngõ vào ADC 4.2.2 Khai báo số, thiết lập Module PWM a, Khai báo biến  Khai báo biến nguyên sử dụng chương trình  Góc θ định vị vectơ u không gian  Thời gian phát xung: ti, t1, t2, tpwm  Theo tpwm =ti +t1 + t2= 2.ts=2.( to + tt + tp)  Khai báo tần số số thực thi lệnh tần số PWM FCY= 5000000; FPWM= 10000; b, Thiết lập Module PWM  Thiết lập Module PWM làm việc chế độ bù tức cặp chân PWM1L&PWM1H, PWM2L&PWM2H, PWM3L&PWM3H phát xung ngược  Thiết lập Module PWM hỗ trợ ngõ gióng hàng theo điểm Khi sử dụng Module PWM theo cách Tpwm=2 × Ts  Thiết lập tần số fpwm cách gán giá trị cho ghi PTPER.Chọn hệ số PTMR Prescaler PTPER = (FCY/FPWM - 1) /2  Chu kì xung lần chu kì chu kì nhiệm vụ nên để tránh phiền hà cho tính tốn sau ta gán tpwm=2 × PTPER 4.2.3 Cập nhập góc θ lập bảng giá trị “sinetable[ ]” a, Cập nhập góc θ   Khởi tạo góc θ=0 Góc θ cập nhập sau chu kì T pwm, gọi m số lần cập nhật chu kỳ điện: m =  t t pwm = f pwm f Tính tốn bước nhảy Δ θ sau chu kì Tpwm f pwm 2π ∆θ = = 2π m f b, Lập bảng sintable Bảng ghi lại giá trị: i = 0÷ sinθ = sin(0 + i.Δθ) vào mảng sintable[] với m m ; số lần cập nhật sector 6 4.2.4.Lập trình phát xung Thực vòng lặp sau chu kỳ tpwm:  Bắt đầu góc θ update θ=θ+Δθ  Sau dựa vào góc θ để xác định vị trí vector u không gian Cụ thể: (n − 1) π π ≤θ < n u nằm sector n 3 qua xác định vevtor biên chuẩn trái Un+1, phải Un vector khơng Uo,U7  Tính tốn thời gian phát xung ti = 2to, t1 = 2tp, t2 = 2tt  Kết hợp với vector biên chuẩn xác định thực phát xung qua chân PWM cách đặt thời gian tương ứng lên ghi PDCX Hình 4.3 Sơ đồ xung phát vào van sector + Sector PDC3 = 2tp + 2tt + to PDC1 = 2tp + 2tt + to + Sector PDC2 = 2tt + to PDC1 = 2tp + 2tt + to PDC3 = to PDC2 = to + Sector PDC1 = 2tp + to PDC2 = 2tp + 2tt + to PDC3 = to + Sector PDC1= to PDC2 = 2tp + 2tt + to PDC3 = 2tt + to + Sector PDC1 = to PDC2 = 2tp + to PDC3 = 2tp + 2tt + to + Sector PDC1 = 2tt + to PDC2 = to PDC3 = 2tp + to Nhận xét  Trong chu kì Ts van chuyển mạch lần, Fs=2*FPWM=20000Hz.Vậy tần số chuyển mạch van 20000Hz Xung phát từ Module PWM đưa vào IGBT driver 4.2.5 IGBT driver HCPL-316J Hình 4.4: HCPL-316J Nguồn: VCC1 = +5V ; VEE = −5V ; VCC = +18V ; lấy từ mạch nguồn phần III (hình 21)  Tín hiệu vào: xung PWM từ chân vi điều khiển vào chân V in+, chân Vin- nối đất  Tín hiệu ra: chân Vout cấp tín hiệu điều khiển vào cực G IGBT qua điện trở RG  Tín hiệu DESAT: lấy từ Collector qua điot D DESAT qua mạch lọc tần số thấp điện trở 100 Ω tụ 100pF, đưa vào chân 14 IC Mức điện áp chân 14 theo dõi để phát mức bão hòa IBGT Nếu điện áp lớn 7V sau có tín hiệu điều khiển mở IGBT chứng tỏ có q dòng điện,mạch xử lí logic khóa mềm phát tín hiệu khóa tự động tăng điện trở đưa đến cực đến cỡ 500 Ω , lớn 10 lần so với khóa mở thơng thường 4.2.6 Lập trình phát xung vào IGBT mạch DC-DC Thuật toán:  Bước 1.Thiết lập chân RD0 dsPic30F2010 (hình 16) chân output  Bước Xuất chân RD0 mức cao  Bước 3.Thực trễ thời gian T × δ (ms)  Bước 4.Xuất chân RD0 mức thấp  Bước 5.Thực trễ thời gian T × (1 − δ ) (ms)  Bước 6.Quay lại bước Ghi chú: T chu kì xung phát vào IGBT mạch DC-DC δ tham số điều chỉnh 4.3 Mạch nguồn cung cấp cho vi điều khiển IGBT Driver Hình 4.5: Mạch nguồn Vi điều khiển sử dụng nguồn điện áp chiều +5V IGBT driver sử dụng nguồn điện áp chiều +18V -5V ta phải thiết kế mạch nguồn chiều để cung cấp cho chi tiết Hình 4.6: Nguồn cho dsPic 4.3.1 Thiết kế nguồn DC +5V cho vi điều khiển + Nguồn chiều E (U vào) ban đầu cung cấp cho nghịch lưu áp pha, tần số đóng cắt van IGBT f = 20kHz Coi nguồn E đầu vào lý tưởng điện áp đầu u1 (t ) có dạng xung vng + Điện áp u1 (t ) đưa vào cuộn sơ cấp máy biến áp xung để thay đổi biên độ xung theo yêu cầu tạo thành điện áp u (t ) + Điện áp u (t ) đưa vào chỉnh lưu cầu pha Đầu chỉnh lưu nối với tụ lọc vi mạch ổn áp 7805 để tạo điện áp DC +5V có độ ổn định cao cung cấp cho vi điều khiển 4.3.2 Thiết kế nguồn DC +18V -5V cho IGBT driver + Điện áp u1 (t ) đưa vào cuộn sơ cấp máy biến áp xung Cuộn thứ cấp biến áp xung có điểm nối đất tạo thành điện áp u3 (t ) u (t ) ngược pha Hình4.7: Nguồn cho IGBT driver + Điện áp u (t ) đưa qua chỉnh lưu cầu pha, qua lọc RC tạo thành điện áp chiều Đồng thời tác dụng ổn áp Diode Zener DZ18, điện áp chiều ổn định giá trị 18V + Tương tự điện áp u (t ) đưa qua chinh lưu cầu pha Dưới tác dụng lọc RC Diode DZ5, điện áp chiều đầu ổn định giá trị 5V  ... trình điều khiển phát xung Hình4.2: Sơ đồ điều khiển 4. 2.1 Điều chỉnh tần số dựa vào mạch phân áp bên Sử dụng Module ADC, độ phân giải 10 bit, ngõ vào AN0 Với giải điều chỉnh tần số 40 → 40 0(Hz),... bước Ghi chú: T chu kì xung phát vào IGBT mạch DC-DC δ tham số điều chỉnh 4. 3 Mạch nguồn cung cấp cho vi điều khiển IGBT Driver Hình 4. 5: Mạch nguồn Vi điều khiển sử dụng nguồn điện áp chiều +5V... nguồn điện áp chiều +18V -5V ta phải thiết kế mạch nguồn chiều để cung cấp cho chi tiết Hình 4. 6: Nguồn cho dsPic 4. 3.1 Thiết kế nguồn DC +5V cho vi điều khiển + Nguồn chiều E (U vào) ban đầu