6. Bố cục của đề tài
4.4.3.Thiết kế mạch lực
- Opto couplerPC817 (hay còn gọi là cách ly quang): Là linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm 1 led và 1 photo diot hay 1 photo transistor. Khi có dòng nhỏ đi qua 2 đầu của led trong opto làm cho led phát sáng. Đƣợc sử dụng để cách ly áp giữa hai khối vi xử lý và khối công suất nhằm bảo vệ khối vi xử lý, đồng thời tránh nhiễu cho động cơ. Vì đôi khi động cơ chạy quá dòng thì dòng trả về lớn làm chết linh kiện ở mạch điều khiển, nếu không có cách ly quang thì dòng điện lớn sẽ theo đƣờng mạch đến tiêu diệt vi điều khiển và toàn bộ những linh kiện khác. Ngõ ra của Opto (chân 3 và 4) đƣợc dẫn khi ngõ vào (chân 1) ở mức 1 (tƣơng đƣơng điện áp 5V).
- Relay 6S1 (12V): Dùng đảo chiều quay động cơ
Dòng đóng ngắt là 12v-5A để đảo chiều là phù hợp. Do điện trở cuộn dây relay là 2,5Ω điện áp đóng ngắt relay là 12v và dòng tối đa để đóng ngắt relay là 5A, chọn R=100 Ω. Vì vậy theo nguyên lý dòng điều khiển phải đƣợc khuếch đại trƣớc khi tới điều khiển relay để đảm bảo dòng kích relay trong trƣờng hợp đó có thể dùng transistor hoặc 1 con IC…thông thƣờng ta dùng ULN2803.
- MOSFET IRF 540: Mạch công suất sử dụng transistor hiệu ứng trƣờng MOSFET IRF 540 có khả năng cung cấp dòng lớn lên đến 22A, điều khiển bằng áp trên ngõ vào G. Mạch kích đƣợc lựa chọn là đẩy kéo (PUSH PULL) cho đáp ứng xung tốt.
Tính chọn Mosfet:
Công suất tiêu tán trên mosfet bao gồm hai thành phần: Công suất tiêu tán khi mosfet dẫn và công suất chuyển mạch.
𝑃𝑡𝑡 = 𝑃𝑑 + 𝑃𝑠𝑤
Công suất tiêu tán khi mosfet dẫn đƣợc tính theo công thức:
𝑃𝑑 = 𝐼2. 𝑅𝐷𝑆𝑜𝑛.𝑇𝑜𝑛 𝑇
Theo dataseet của IRF 540:
𝑅𝐷𝑆𝑜𝑛𝑀𝑎𝑥 = 5Ω (𝑇𝑗 = 1500𝐶), 𝐼𝑚𝑎𝑥 = 2,5𝐴, 𝑇𝑜𝑛
𝑇 𝑚𝑎𝑥 = 1
𝑃𝑑𝑚𝑎𝑥 = 52. 2,5 = 62,5𝑊
Tổn hao trong quá trình chuyển từ off sang on:
𝐸1 = 𝜈𝑑𝑠 𝑡 . 𝑖𝑑𝑠 𝑡 . 𝑑𝑡 = 𝐼𝐷𝑆(𝑉𝐷𝑆 −𝑉𝐷𝑆 𝑡𝑟 𝑡𝑟 𝑡𝑟 𝑡). 𝑑𝑡 =1 2𝑉𝑐𝑐. 𝐼𝐷𝑆. 𝑡𝑟
93 𝐸2 = 𝜈𝑑𝑠 𝑡 . 𝑖𝑑𝑠 𝑡 . 𝑑𝑡 = 𝑡𝑟 1 2𝑉𝑐𝑐. 𝐼𝐷𝑆. 𝑡𝑓 𝑃𝑠𝑤 =1 2𝑉𝑐𝑐. 𝐼𝐷𝑆. 𝑡𝑟 + 𝑡𝑓 . 𝑓𝑠𝑤
Tần số điều xung đƣợc sử dụng ở đây là 24KHz, trong phần mềm sử dụng 2000 mức điều xung, tuy nhiên, ta chỉ cần mạch đáp ứng 100 mức điều xung ( vì thời gian đáp ứng càng nhanh thì giá trị dòng đỉnh nạp tụ ngõ vào của mosfet càng lớn, ta không muốn dòng đỉnh này quá lớn). Thời gian chia mức điều xung này là: 1/(24.1000.100)=0,417𝜇s= 417ns. Tổng thời gian nạp và xả tụ ngõ vào tại cực G phải nhỏ hơn giá trị này. Ta chọn
𝑡𝑟 + 𝑡𝑓 = 200𝑛𝑠.
𝑃𝑠𝑤 = 30.5.200. 10−9. 24. 103 = 0,72𝑊
Trong đó 𝑓𝑠𝑤 là tần số chuyển mạch Công suất tổng cộng lớn nhất:
𝑃𝑡𝑡 = 𝑃𝑑 + 𝑃𝑠𝑤 = 62,5 + 0,72 = 63,2𝑊
Vậy MOSFET IRF 540 có các thông số: 𝑉𝐷𝑆𝑆 = 100𝑉, 𝐼𝐷𝑆 = 33𝐴, 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 130𝑊
thỏa mãn các yêu cầu đề ra.
-TIP41:Tip41và điện trở công suất đƣợc sử dụng trong mạch nhằm mục đích thay đổi công suất tải. Khi điện áp phát ra từ máy phát tốc sẽ đƣợc tiêu tán trên thành phần điện trở, việc thay đổi công suất chính là thay đổi dòng ngắn mạch đặt lên thành phần điện trở.Ở đây ta chọn Tip41 với Uce = 40v, Ic = 6A, R = 0.47–5w. Đủ đáp ứng với điện áp phát ra từ máy phát là 12V , I = 0.6A.
94
95