Về nguyên lí, biến áp áp điện được sử dụng với mục đích biến đổi điện áp. Như vậy việc điều khiển biến áp áp điện cần đáp ứng được hai yêu cầu chính sau:
Đảm bảo hiệu suất biến đổi. Đảm bảo chất lượng đầu ra.
Theo kết quả phân tích ở chương 2, để đảm bảo yêu cầu thứ nhất thì biến áp áp điện cần được hoạt động tại một trong số những tần số cộng hưởng của nó. Tuy nhiên tần số cộng hưởng của biến áp áp điện lại phụ thuộc nhiều yếu tố:
Sự thay đổi giá trị tải.
Sự thay đổi của điều kiện làm việc: nhiệt độ, thời gian hoạt động…
Với yêu cầu thứ hai, thì tùy vào ứng dụng mà biến áp áp điện được sử dụng thì sẽ có những yêu cầu khác nhau. Nhưng nói chung, trong các ứng dụng làm nguồn công suất, yêu cầu điều khiển được độ lớn điện áp ra là quan trọng nhất.
Tuy nhiên, trong phạm vi nội dung đồ án này, ta chỉ xem xét tới vấn đề đảm bảo được yêu cầu điều khiển biến áp áp làm việc ở tần số cộng hưởng.
Với các đối tượng cộng hưởng nói chung, đều yêu cầu làm việc tại điểm cộng hưởng hoặc ở lân cần điểm cộng hưởng. Riêng với biến áp áp điện, việc làm việc cộng hưởng đem lại nhiều ưu điểm:
Hiệu suất làm việc của biến áp áp điện là cao nhất Hệ số tăng áp là lớn nhất
Giảm tổn hao, hạn chế quá trình tăng nhiệt độ, tăng tuổi thọ… Hệ thống làm ổn định, và tin cậy nhất…
Đặc điểm của hệ thống khi làm việc tại điểm cộng hưởng là khi đó sai lệch về pha giữa tín hiệu áp và dòng của đầu vào biến áp áp điện bằng 0. Đó là điều kiện để nhận biết khi nào hiện tượng cộng hưởng.
Có nhiều phương pháp điều khiển bám tần số cộng hưởng cho biến áp áp điện, tuy nhiên, có hai phương pháp hay được sử dụng hơn cả:
Chương 3. Nguyên lí điều khiển biến áp áp điện
Phương pháp sử dụng PLL ( Phase Locked Loop)
Với phương pháp tự dao động, hệ thống cộng hưởng sẽ tự hoạt động mà không cần tác động điều khiển từ bên ngoài.
Thật vậy, ta hay xét 1 hệ thống gồm biến áp áp điện, bộ biến đổi và tải và nguồn cấp khi ta đưa 1 xung kích thích với 1 tần số bất kì trong 1 thời gian ngắn vào để hệ thống hoạt động thì sau khi ngừng kích thích biến áp áp điện sẽ tiếp tục dao động và cho ra điện áp với tần số tại tần số dao động riêng của nó (chính là tần số cộng hưởng). Ta chỉ việc lấy tín hiệu từ dòng đầu ra đưa về điều khiển bộ biến đổi thì hệ thống sẽ làm việc tại tần số cộng hưởng đó.
Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện trong những ứng dụng đơn giản của biến áp áp điện.
Tuy nhiên, nó có nhiều nhược điểm như:
Điểm làm việc dễ bị nhiễu làm cho tần số hoạt động bị thay đổi. Chỉ đảm bảo được việc bám tần số cộng hưởng.
Hệ tự dao động là hệ kín, khó can thiệp để đảm bảo những yêu cầu chất lượng khác. Trong các ứng dụng thực tế của biến áp áp điện thì phương pháp sử dụng PLL được ưa chuộng hơn do những ưu điểm của thuật toán PLL:
Hoạt động ổn định, tin cậy. Khả năng tích hợp cao.
Ngoài yêu cầu về đảm bảo bám tần số cộng hưởng còn có thể kết hợp đảm bảo nhiều yêu cầu khác trong việc điều khiển biến áp áp điện.
Ngoài ra với mong muốn đưa biến áp áp điện vào ứng dụng trong các hệ thống công nghệ cao như: ôtô, nhà thông minh…thì việc tạo khả năng tích hợp cao cho các ứng dụng của biến áp áp điện là rất quan trọng. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ vi xử lí, lí thuyết điều khiển thì việc sử dụng 1 chíp duy nhất để điều khiển biến áp áp điện và tạo khả năng tích hợp cao cho ứng dụng của biến áp áp điện là hoàn toàn khả thi.
Trong phạm vi nội dung của đồ án, ta sẽ thực hiện thuật toán PLL điều khiển biến áp áp điện sử dụng chip DSP TMS320F2812 Và phần này sẽ trình bày về cơ sở lí thuyết để thiết kế 1 bộ Software like Digital Phase Locked Loop (SDPLL).
Chương 3. Nguyên lí điều khiển biến áp áp điện
Hình 3-33. Sơ đồ cấu trúc điều khiển biến áp áp điện bằng PLL
Thực chất thuật toán phần mềm SDPLL chính là mô tả lại bằng phần mềm chức năng tính toán của các khổi trong bộ DPLL. Vì vậy, trước khi đi đến thực hiện thuật toán ta hãy tìm hiều về các khối chức năng trong bộ DPLL.