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 sơđồ hệ thống.
Khi điện trở shunt được mắc vào mạch nối giữa cực emitter của IGBT và cực âm của nguồn một chiều (V-), dòng điện được cảm ứng trên mỗi pha. Hình sau chỉ
ra một sơđồđiển 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 cơđặc 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 từđiện 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.
Hình (1-7): Sơ đồ mạch phản hồi dòng
Đó là một bộ khuếch đại điện áp hai đầu vào. Để so thểđơn 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, Vd là tín hiệu đầu vào hay chính là điện áp rơi trên điện trở shunt, Rb = R5 và Ra = R2 xác định hệ số khuếch đại áp, Vr và tỉ số R3/(R3 + R4) thiết lập độ
lệch đầu vào.
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 khuyến 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 R 5V 5V100k 100k 49,9k 0,125V ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ Ω Ω =⎜ − ⎟ Ω + =⎜ − ⎟ = + Ω Ω ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ (1-9) 3 a dmax outm r 3 4 b R R 100k 2,49k V V V R R R 0V 5V100k 100k 49,9k 0,125V ⎛ ⎞ =⎜ − ⎟ = − + ⎝ ⎠ ⎛ ⎞ Ω Ω =⎜ − ⎟ Ω + Ω Ω ⎝ ⎠ (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 = 12,5A =10m = Ω (1-11) 4. Thiết kế mạch điều khiển
Trong đề tài này em xử dụng chíp PSoC cho việc điều chế tín hiệu sin PWM. PSoC là từ viết tắt của cụm từ tiếng anh Programmable System on Chip, nghĩa là hệ thống khả trình trên một chíp. Các chíp chế tạo theo công nghệ PSoC cho phép thay đổi được cấu hình đơn giản bằng cách gán chức năng cho các khối tài nguyên có sẵn trên chíp. Hơn nữa nó còn có thể kết nối tương đối mềm dẻo các khối chức năng với nhau hoặc giữa các khối chức năng với các cổng vào ra. Chính vì vậy mà PSoC có thể thay thế cho rất nhiều chức năng nền của một hệ thống cơ bản chỉ bằng một chíp đơn. Thành phần của chip PSoC bao gồm các khối ngoại vi số và tương tự
có thể cấu hình được, một bộ xử lý 8 bit, bộ nhớ chương trình (EEPROM) có thể
lập trình được và bộ nhớ RAM khá lớn. Việc cấu hình cho chip như thế nào là tùy thuộc vào người lập trình thông qua một số thư viện chuẩn. Người lập trình thiếp lập cấu hình trên chíp chỉ đơn giản bằng cách muốn chip có những chức năng gì thì kéo chức năng đó và thả vào khối tài nguyên số hoặc tương tự, hoặc cả hai tùy theo từng chức năng (phương pháp lập trình kéo thả). Việc thiết lập ngắt trên chân nào, loại ngắt là gì, các chân vào ra được hoạt động ở chế độ như thế nào đều tùy thuộc vào việc thiết lập của người lập trình khi thiết kế và lập trình cho PSoC. Với khả
năng đặt cấu hình mãnh mẽ này, một thiết bị điều khiển, đo lường có thể gói gọn trên một chíp duy nhất. Chình vì lý do đó, hãng Cypress MicroSystems đã không gọi sản phẩm của mình là vi điều khiển (μC) như truyền thống, mà gọi là “thiết bị
PSoC” (PSoC device), và họ hy vọng rằng với khả năng đặt cấu hình mạnh mẽ, người sử dụng sẽ có được những thiết bịđiều khiển, thiết bịđo có giá rẻ, kích thước
nhỏ gọn và sản phẩm PSoC của ho sẽ thay thế được hầu hết các thiết bị dựa trên vi xử lý hoặc vi điều khiển đã có từ trước đến nay.
Chíp PSoC (CY8C29Xxxx) cung cấp: - Bộ vi xử lý cấu trúc Harvard
o Tốc độ vi xử lý lên đến 24MHz
o Lệnh nhân 8 bit × 8 bit, thanh ghi tích lũy là 32 bit
o Hoạt động ở tốc độ cao mà năng lượng tiêu hao ít
o Dải điện áp hoạt động từ 3.0 đến 5.25V
o Điện áp hoạt động có thể giảm xuống 1.0V sử dụng chế độ kích điện áp
o Hoạt động trong dải nhiệt độ -40oC đến 85oC
- Các khối ngoại vi có thểđược sử dụng độc lập hoặc kết hợp
o 12 khối ngoại vi tương tự có thể được thiết lập để làm các nhiệm vụ
sau:
Các bộ ADC lên đến 14 bit
Các bộ DAC lên đến 9 bit
Các bộ khuếch đại có thể lập trình hệ số khuếc đại
Các bộ lọc và các bộ so sánh có thể lập trình được
o 8 khối ngoại vi số có thểđược thiết lập để làm các nhiệm vụ:
Các bộđịnh thời đa chức năng, đếm sự kiện, đồng hồ thời gian thực, bộ điều chế độ rộng xung có và không có dải an toàn (deadband)
Các module kiểm tra lỗi (CRC module)
Hai bộ truyền thông nối tiếp không đồng bộ hai chiều
Các bộ truyền thông SPI Master hoặc Slave có thể cấu hình
được
Có thể kết nối với tất cả các chân vào ra - Bộ nhớ linh hoạt trên chip
o Không gian bộ nhớ RAM là 256 ký tự
o Chíp có thể lập trình thông qua chuẩn nối tiếp (ISSP)
o Bộ nhớ Flash có thểđược nâng cấp từng phần
o Chếđộ bảo mật đa năng, tin cậy
o Có thể tạo được không gian bộ nhớ Flash trên chip lên tới 2,034 byte - Có thể lập trình được cấu hình cho từng chân của chip
o Các chân vào ra ba trạng thái sử dụng Trigger Schmitt
o Đầu ra logic có thể cung cấp dòng 25mA với điện trở treo cao hoặc thấp bên trong
o Thay đổi được ngắt trên từng chân
o Đường ra tương tự có thể cung cấp dòng tới 40mA
o Đường ra đa chức năng có từ 6 đến 44 chân tùy thuộc vào từng chip - Xung nhịp của chip có thể lập trình được
o Bộ tạo dao động 24/48MHz ở bên trong (độ chính xác là 2,5%, không cần thiết bị ngoài)
o Có thể lựa chọn bộ dao động ngoài lên tới 24MHz
o Bộ tạo dong động thạch anh 32,768kHz bên trong
o Bộ tạo dao động tốc độ thấp bên trong sử dụng cho Watchdog và Sleep
- Ngoại vi được thiết lập sẵn
o Bộ định thời Watchdog và Sleep phục vụ chế độ an toàn và chế độ
nghỉ
o Module truyền thông I2C Master và I2C Slave tốc độ tới 400kHz
o Module phát hiện điện áp thấp được cấu hình bởi người sử dụng - Công cụ phát triển
o Phầm mềm phát triển miễn phí (PSoCMTM Designer)
o Bộ lập trình và bộ mô phỏng với đầy đủ chức năng
Hình (1-9): Sơ đồ khối bên trong của chip PSoC