II. Thiết kế mạch điều khiển
b. Tính toán giá trị bảng sin:
Như chúng ta đã biết thì trong phần nghịch lưu phải có điều chế PWM khi đó dạng sóng đầu sau nghịch lưu nó là dạng sin thì mới chạy được cả tải cảm , tải dung, tải thuần trở. Còn dạng sóng đầu ra chỉ là xung vuông đối xứng thì chỉ chạy được tải thuần trở như bóng đèn, nóng lạnh...Còn động cơ thì không chạy được. Đóng mở nghịch lưu chỉ đóng mở bằng các tín hiệu On – Off ( Mosfet, IGBT, GTO, Thyristor). Các tín hiệu đóng mở nghịch lưu phải theo một quy luật nào đó để thu được dạng điện áp đầu ra nó phải là dạng hình sin. Trong vi xử lý nó cũng chỉ xuất ra tín hiệu On – Off bằng các bộ PWM nhưng thời gian On hay Off điều chỉnh được hay người ta gọi là
PWM. Thực ra vi điều khiển nó cũng tạo được tín hiệu hình sin đầu ra tại 1 chân của nó bằng các bộ biến đổi DAC ( số - tương tự) cái này cũng cần phải tính giá trị bảng sin. Các giá trị trong bảng Sin nó làm thay đổi thời gian On hay Off. Tức là nó làm thay đổi giá trị của thanh ghi điều chế thời gian On – Off trong vi điều khiển. Giá trị thanh ghi này được thay đổi theo bảng Sin.
Như chúng ta đã biết thì điện áp hình sin có dạng như sau :
Hình 5.12: Dạng điện áp hình sin
Qua hình vẽ trên ta thấy sóng sin đối xứng qua gốc tọa độ. Các điểm trên hình vẽ thể hiện các giá trị điện áp tại các điểm đó.
+ Tại điểm 0 thì điện áp bằng 0V.
+ Tại điểm 1 điện áp dương > tại điểm 0 mang một giá trị nào đó.
+ Tại điểm 2 tức là điện áp dương lớn nhất > tại điểm 1 và mang giá trị là A.
+ Tại điểm 3 điện áp dương < tại điểm 2 mang một giá trị điện áp nào đó. + Tại điểm 4 điện áp =0V.
+ Tại điểm 7 điện áp âm mang 1 giá trị nào đó > điểm 6. + Tại điểm 8 thì điện áp trở về 0V.
Do có sự thay đổi điện áp theo thời gian nên điện áp ở các thời gian là khác nhau. Điện áp lớn nhất tức là 2 đỉnh sin mang giá trị A và -A. Tại đỉnh sin này thì điện áp là lớn nhất sau đó giảm dần và tăng dần.
PWM thực chất là nó làm thay đổi điện áp ra tải. Cái này phụ thuộc vào thời gian On và thời gian Off ( T = On + Off).
Hình 5.13. Giản đồ điều chế xung PWM
Sơ đồ trên là dạng xung điều chế trong 1 chu kì thì thời gian xung lên ( Sườn dương) nó thay đổi dãn ra hoặc co vào. Và độ rộng của nó được tính bằng phần trăm tức là độ rộng của nó được tính như sau :
Độ rộng = ( t1/T).100
U0 = UV.t1/T ( Điện áp đầu ra)
Như vậy thời gian xung lên càng lớn trong 1 chu kì thì điện áp đầu ra sẽ càng lớn. Nhìn trên hình vẽ trên thì ta tính được điện áp ra tải sẽ là :
+ Đối với PWM = 50% ==> Ut = Umax.50% ( V). + Đối với PWM = 75% ==> Ut = Umax.75% ( V).
Cứ như thế ta tính được điện áp đầu ra tải với bất kì độ rộng xung nào. Kết Luận : Như vậy thì các giá trị trong bảng sin làm thay đổi PWM từ đó thay đổi điện áp ra tải. Tại mỗi giá trị trong bảng sin ứng với PWM khác nhau. Mỗi điểm trên hình sin mang một giá trị ứng với mỗi điện áp khác nhau => Bảng Sin thay đổi được độ rộng xung ( PWM).
Như chúng ta đã biết thì sóng dạng sin có phương trình x = Asin( ωt)
+ A là biên độ của sóng sin sin. + ωt là góc pha ( từ 0 đến 360 độ).
Giá trị của sin được chạy từ [ -1;1]. Vậy khi sin = 1 thì x = A tức khi sin đi qua góc 900 và sinx = -1 thì x = -A khi sin đi qua góc 2700.
Dựa vào công thức của Sin trên ta tính toán ra công thức cho bảng Sin. Do các giá trị đặt vào thanh ghi điều chế độ rộng xung của vi xử lý là các giá trị dương nên ta sẽ có công thức tổng quát như sau:
sin_table = A/2Sin( 2*3.14*i/n) + A/2
+ A là biên độ của sóng sin tức là giá trị lớn nhất đặt vào thanh ghi PWM để cho PWM = 100%.
+ n là số bước của sóng sin hay nó tương đương với 1 chu kì. Tức là số điểm cần lấy trên điểm sin.
+ i là một điểm bất kỳ trên Sin. giá trị của i nằm trong khoảng từ [0 - n]. Số bước sin có thể lấy nhiều hay ít thì tùy nếu mà nhiều thì dạng sóng sin đầu ra sẽ chuẩn, nếu ít khi có tải sẽ méo.
Nó dựa vào đưa giá trị vào thanh ghi PWM của vi điều khiển. Tại i = 0 tức là sin_table = A/2 cứ như vậy cho đến hết i = n.
Như trên ta tính giá trị bảng sin việc còn lại ta làm thế nào để đưa các giá trị trên vào thanh ghi PWM của vi xử lý. Thông thường được làm như sau:
+ Sau đó thanh ghi PWM truy xuất bảng sin đó. Thời gian truy xuất hết các giá trị sin sẽ là tần số đầu ra của sóng Sin.