CHƯƠNG V : MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM
5.1 Thiết kế phần cứng
5.1.2 Thiết kế mạch điều khiển và mạch lực
a) Mạch điều khiển
Hình 5.2 Mạch điều khiển
Mạch điều khiển được thiết kế sử dụng nguồn đầu vào 5V, sau đó qua bộ chuyển đổi nguồn xuống 3.3V cấp cho vi điều khiển. Vi điều khiển sử dụng thạch anh ngoại 20Mhz. Các I/O ngoại vi để điều khiển các mạch thiết bị như: 8 kênh
56 PWM, 16 chân Analog input, 1 cổng giao tiếp UART hiển thị và các phím điều khiển.
b) Mạch Driver và mạch IGBT
Hình 5.3 Mạch Driver và mạch IGBT
Tính tốn bộ nghịch lưu dùng van IGBT
Theo hướng dẫn thiết kế điện tử cơng suất, ta tính tốn được điện áp cực đại đặt lên van là: max 2 3 2 3 .U .400 1131 2 2 0.75 v DC U V q = = =
Tính tốn dịng điện trung bình qua van:
2 2 *10 *(1 ) (1 ) *(1 0.75) 12.37 2 2 2 m dm v I I I = +q = +q = + = A
Trong đó q là hệ số biến điệu (0 < q < 0.886) Vậy yêu cầu để chọn van là
1131 12.37*4 49.48 vdm vdm U V I A = = =
57 Ta chọn van IGBT của hang Tosiba có mã sản phẩm là MIG75Q7CSAOX với các thông số được cho bởi nhà sản xuất như sau: Điện áp ngược 1200V, dòng điện tải 75A.
Tính tốn thiết kế mạch Driver điều khiển van IGBT
Do yêu cầu của mạch lực là phải đảm bảo tính cách ly giữa các tín hiệu điều khiển các van IGBT để đảm bảo không xảy ra sự cố ngắn mạch giữa các IGBT có anot chung nên ta phải thiết kế tám bộ module riêng biệt để điều khiển tám van IGBT. Do phải riêng biệt và cách ly nên mỗi module phải có nguồn ni riêng nên ta phải thiết kế một bộ tạo xung cho nguồn DC-DC điều chỉnh điện áp từ 24V xuống 20V để cấp cho driver IGBT. Giải pháp là sử dụng IR2153 kết hợp với hai IRF640 ta tạo được một mạch kéo đẩy để tạo xung vng tự động, nó có tác dụng chia đôi điện áp 24V DC vào thành xung ±12V với độ rộng xung điều khiển được bằng cách phối hợp trở và tụ tại chân RT và CT của IC
Hình 5.4 Sơ đồ mạch tạo xung vng
Sau khi đã có xung vng ±12V, ta cho vào 8 biến áp xung mắc song song với tỷ lệ vòng dây giữa cuộn sơ cấp và cuốn thứ cấp là 30 vịng/61 vịng, trong đó tách 16 vịng ra lấy 5V làm điểm 0V ảo. Như vậy ta có mạch +15V và -5V.
58 Cuối cùng là thiết kế Driver điều khiển IGBT. Ta sẽ sử dụng Driver là IC EXB840, nó có khả năng điều khiển dịng lên tới 150A cho IGBT 600V và 75A cho IGBT 1200V. IC cho phép thời gian trễ đóng cắt lên đến 1us hoặc ít hơn, tần số đóng cắt cho phép là 40kHz. Với thiết kế bao gồm 15 chân, được tích hợp cách ly quang cùng với khả năng bảo vệ quá dòng. Với đầu vào gồm 3 chân nguồn -5V, 0V, 15V và 2 chân xung PWM, cho đầu ra kết nối với 3 chân của IGBT.
59
c) Mạch Chỉnh lưu diode và DC Bus
Hình 5.7 Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha và DC bus
Mạch được thiết kế với đầu vào 3 pha, sử dụng cảm biến dòng điện để xác định dòng đầu vào. Để tránh việc tụ DC bị nạp quá nhanh dẫn đến nổ tụ, ta sử dụng thêm trở nạp tụ, mục đích để hạn chế tốc độ nạp tụ thời điểm đầu và chỉ được sử dụng trong thời gian ngắn rồi ngắt ra.
Module cầu chỉnh lưu chịu điện áp 1200V, dòng 75A Tụ DC bus bao gồm bộ 8 tụ 3300uF
60
d) Mạch lọc đầu ra
Hình 5.8 Mạch lọc LC đầu ra.