DO AN TOT NGHIEP MACH NGHICH LUU 1 PHA

TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 1
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy Đỗ Công Thắng đã trực tiếp hướng
dẫn, giúp đỡ nhóm chúng em trong suốt thời gian nghiên cứu và quá trình hoàn
thành đồ án thiết kế và chế tạo mạch ứng dụng.
Chúng em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới các Thầy, Cô giáo Khoa Điện – Điện Tư
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên, Đã trang bị kiến thức và tạo điều
kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Cảm ơn gia đình, bạn bè, các đồng chí, đã quan tâm, động viên giúp đỡ chúng
em về tinh thần và vật chất trong quá trình học tập và thực hiện đề tài.

Hưng Yên, ngày... tháng… năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thu Quỳnh.

Trang1


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 2
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC

Trang2

TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 3
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang3


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 4
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MẠCH NGHỊCH LƯU
NGUỒN ÁP 1 PHA.
1.1. Giới thiệu về nghịch lưu
Bộ nghịch lưu là bộ biến đổi tĩnh đảm bảo biến đổi một chiều thành xoay
chiều. Nguồn cung cấp là một chiều, nhờ các khóa chuyển mạch làm thay đổi
cách nối đầu vào và đầu ra một cách chu kì để tạo nên đầu ra xoay chiều. Khác
với bộ biến tần việc chuyển mạch được thực hiện nhờ lưới điện xoay chiều, còn
trong bộ nghịch lưu hoặc trong bộ điều áp một chiều hoạt động của chúng phụ
thuộc vào loại nguồn và tải.
Các bộ nghịch lưu phân ra làm 2 loại :
- Bộ nghịch lưu làm việc ở chế độ phụ thuộc vào lưới điện xoay chiều
- Bộ nghịch lưu độc lập(với các nguồn độc lập như acquy, máy phát điện…)
Nghịch lưu phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống như chỉnh lưu có điều

khiển. Mạch nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một
chiều được đổi dấu so với chỉnh lưu và góc mở

α

của các tiristo thỏa mãn điều

kiện ((π/2 <α<π ) lúc đó công suất của máy phát điện một chiều trả về lưới
xoay chiều. Tần số và điện áp nghịch lưu này phụ thuộc vào tần số điện áp lưới
xoay chiều
Nghịch lưu độc lập làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều từ các nguồn
độc lập ( không phụ thuộc vào lưới xoay chiều ) thành xoay chiều với tần số pha
tùy ý. Tần số và điện áp nghịch lưu nói chung có thể điều chỉnh được.

Trang4


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 5
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2. Tổng quan về các mạch nghịch lưu một pha.
1.2.1. Mạch nghịch lưu một pha nguồn dòng dùng máy biến áp có điểm giữa
a) Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.1.Sơ đồ nguyênlý mạch nghịch lưu dòng 1 pha
dùng máy biến áp có điểm giữa.
b) Nguyên lý làm việc.
Sơ đồ gồm một máy biến áp có điểm giữa ở phía sơ cấp, hai thyritstor anot

nối vào cực dương của nguồn nuôi E thông qua hai nưa cuộn dây sơ cấp của
máy biến áp, do đó còn có tên là onduleur song song. Ở đầu vào của onduleur
dòng ta đấu nối tiếp với một điện cảm lớn L kvừa để dự trữ dòng điện vào vừa
để hạn chế đỉnh cao của dòng điện ickhi khởi động. Tụ điện C gọi là tụ điện
chuyển mạch.
Đặc điểm của onduleur dòng là có dòng điện tải dạng “ sin chữ nhật” còn
dạng điện áp trên tải thì do thông số mạch tải quyết định.
Trong đó:

- 2n1 là tổng số vòng dây sơ cấp.
- n2 là số vòng dây thứ cấp.
- i,v là dòng và áp phía thứ cấp.
Trang5


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 6
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Hoạt động của sơ đồ.
Giả thiết cho xung mở T1. Điểm A được T1 nối với cực âm của nguồn E. Bây
giờ V0-Va=u1=E, do hiệu ứng biến áp tự ngẫu nên VB-V0=u1=E. Như vậy tụ điện
C được nạp điệp áp bằng 2E, bản cực dương ở bên phải.
Bây giờ nếu cho xung mở T2, Tiristir này mở và đặt điện thế điểm B vào mạch
catot T1 khiến T1 bị khóa lại, tụ điện C sẽ bị nạp ngược lại, sẵn sàng để khóa T2
khi ta cho xung mở T1. Phía thứ cấp ta nhận đượng dòng “ sin chữ nhật” mà
tần số của nó thuộc vào nhịp phát xung mở T1,T2.
1.2.2: Mạch nghịch lưu nguồn dòng dùng sơ đồ cầu H.
a) Sơ đồ nguyên lý.

Hình1.2: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu dòng 1 pha sơ đồ cầu H
b) Nguyên lý làm việc.
Các tín hiệu điều khiển được đưa vào từng đôi thyritstor T1,T2 lệch pha với
tín hiệu điều khiển đưa vào đôi T3,T4 một góc 180 độ điện. Điện cảm đầu vào
nghịch lưu lớn do đó dòng điện vào id được san phẳng (biểu đồ xung), nguồn

Trang6


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 7
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

cấp cho nghịch lưu là nguồn dòng và dạng dòng điện nghịch lưu (i) có dạng
xung vuông. Khi đưa xung vào mở cặp van T1,T2, dòng điện i =.
Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến,tụ C bắt đầu nạp với cực (+) ở bên
trái và cực (-) ở bên phải. Khi tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm về không. Do i = ,
nên lúc đầu dòng qua tải nhỏ và sau đó dòng qua tải tăng lên. Sau một nưa chu
kỳ ( người ta đưa vào mở cặp T3,T4. Cặp T3,T4 mở tạo ra quá trình phóng điện
của tụ C từ cực (+) về cực (-). Dòng phóng ngược chiều với dòng qua T1,T2 sẽ
làm cho T1 và T2 bị khóa lại. Quá trình chuyển mạch gần như tức thời. Sau đó
tụ C sẽ nạp điện theo chiều ngược lại với cực (+) ở bên phải và cực (-) ở bên
trái. Dòng nghịch lưu ( đã đổi dấu). Đến thời điểm t=, người ta đưa xung vào
mở T1,T2 thì T3,T4 sẽ bị khóa lại và quá trình được lặp lại như trước.
Như vậy chức năng cơ bản của tụ C làm nhiệm vụ chuyển mạch cho các
Thyritstor. Tại thởi điểm t1, khi mở T3 và T4 thì T1 và T2 sẽ bị khóa lại bởi điện
áp ngược của tụ C đặt vào. Khoảng thời gian duy trù điện áp ngược ( là cần
thiết để duy trì quá trình khóa và phục hồi tính điều khiển của van và là thời

gian khóa của Thyritstor hay chính là thời gian phục hồi tính điều khiển.
β=w.tk là góc khóa của nghịch lưu.

Trang7


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 8
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

c) Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch.

Hình 1.3: Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạchnghịch lưu
dòng 1 pha sơ đồ cầu

Trang8


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 9
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2.3.Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha.
a) Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn áp 1pha
Trong đó:
- T1,T2,T3,T4: Là các IGBT có nhiệm vụ để đóng cắt hoặc điều chỉnh thay

đổi điện áp xoay chiều ra tải.
-Zt: là phụ tải.
-D1,D2,D3,D4: Là các diode dẫn dòng khi tải trả năng lượng về nguồn nuôi
-is: là dòng nguồn xoay chiều dạng răng cưa.
Khi >0 thì nguồn cung cấp năng lượng cho tải( các thyristor dẫn dòng).
Khi <0 thì tải trả năng lượng về nguồn nuôi(các diode dẫn dòng).
-C: Tụ điện có nhiệm vụ san phẳng điện áp đầu vào và dự trũ năng lượng
dưới dạng điện trường.

Trang9


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 10
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

b) Nguyên lý làm việc.
Giả sư T2 và T4 đang cho dòng chạy qua( dòng tải đi từ B đến A). Khi t=0
cho xung mở T1 và T3, T2 và T4 bị khóa lại, dòng tải =-Im không thể đào chiều
1 cách đột ngột. Nó tiếp chảy theo chiều cũ nhưng theo mạch D1 đến E đến D3
đến tải đến D1 và suy giảm dần, D1 và D3 dẫn dòng khiến T1 và T3 vừa kịp mở
đã bị khóa lại. Khi t=, i=0, D1 và D3 bị khóa lại, T1 và T3 sẽ mở lại do vẫn còn
xung điều khiển tác động ở các cực G1, G3 dòng tải i>0 và tăng chảy theo chiều
từ A đến B.
Giai đoạn t=0 đến t1 là giai đoạn hoàn năng lượng.Khi t=T/2 ( tại thời
điểm ) cho xung mở và T4, T1 và T3 bị khóa lại, dòng tải chạy qua D2 và D4
khiến cho T2 và T4 vừa kịp mở khóa đã bị khóa lại. Khi t=, i=0, T2 và T4 sẽ mở
lại, i<0 chảy theo chiều B đến A. Dòng tải I biến thiên theo quy luật hàm mũ
giữa hai giá trị Im và –Im.

c) Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch.

Hình 1.5: Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạchnghịch lưu áp 1 pha.
Trang10


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 11
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

d) Công thức tính toán
Tải thuần cảm:
Khi T 1 và T 3 mở cho dòng chảy qua, ta có phương trình:
L=

di
E
dt

I =∫

và nghiệm là :

E
E
dt + C = t + C
L
L

Vận dụng cơ kiện đầu, xác đinh được hằng số tích phân
I=

vậy:

C = − Im

E
t − Im
L

Im =
Vận dụng sơ kiện thứ hai, xác định được trị số của I m:

E T
.
L 4

Cuối cùng công thức dòng điện tải có dạng

I=

E T 
t − ÷
L
4

Tải R + L mắc nối tiếp:
a=
Khi cho xung mở T 1 và T 3 ta có phương trình vi phân:

R
i = −Im
L ( 0)

(1)

pI ( P ) − i( 0 ) + aI ( P ) =
Viết

(1)
a=

Trong đó :

dưới

dạng

toán

tư

laplace:

E
Lp

R
i = −Im

L ( 0)

Trang11


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 12
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

I( p) =

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I
E
− m
L ( p + a) p p + a

i=
Và nghiệm của phương trình trên là:

E
1 − e − at ) − I m .e − at
(
R

Và vận dụng sơ kiện thứ hai, xác định được:

(2)

R 1 − e − RT /2 I

Im = .
L 1 + e− RT / 2T

Tải R+L song song:
Điện áp đặt trên tải là u, có dạng “ hình sin chữ nhật “ , với biên độ
L
Khi T 1 và T 3 mở cho dòng chảy qua, ta có các phương trình sau :
i1 = −
Do đó:

±

E,

dil
=E
dt

E
.t + C
L

Vận dụng cơ kiện thứ nhất, xác định được hằng số tích phân:

±C = − I Lm

Vận dụng sơ kiện thứ hai, xác định được trị số của I Lm:

I Lm =

E.T
E
− I Lm => I Lm =
2L
4 fL

Trang12


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 13
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU
KHIỂN
2.1. Giới thiệu các phương án điều khiển
Để điều khiển các mạch nghịch lưu 1 pha ta có thể sư dụng nhiều loại van công
suất khác nhau như: thyristor, mosfet, IGBT,…
Nhưng do yêu cầu đề tài đặt ra là bộ thí nghiệm phải thực hiện được các thí
nghiệm về xung áp, nghịch lưu nguồn áp 1 pha và 3 pha nên chúng em quyết
định sư dụng IGBT làm van công suất cho mạch động lực.
Vì vậy các phương án điều khiển chính là các cách điều khiển xung PWM để
đóng ngắt IGBT.
2.1.1. Điều khiển bằng các IC số
Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý sư dụng SG3525

Trang13

TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 14
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SG3525 là IC chuyên dụng để điều khiển IGBT.
Nó tạo ra 2 xung điều khiển ở chân 11 và 14 lệch pha nhau 180 0 để điều khiển
các cặp IGBT trong mạch công suất.
SG3525 thường kết hợp với IC IRF2110 để tạo thành mạch điều khiển IGBT.
Trong đó IRF2110 có nhiệm vụ cách ly giữa mạch điều khiển với mạch công
suất và khuếch đại tín hiều đầu ra.
Tần số của PWM phụ thuộc vào tụ định thời và trở định thời. Tụ định thời (CT)
kết nối giữa chân 5 và mass. Điện trở định thời (RT) được kết nối giữa chân 6
và mass. Điện trỏ giữa chân 5 và chân 7 ( RD) xác định deadtime .
Giá trị của RD trong dải 0 đến 500 Ω. RT phải nằm trong dải 2k đến 150KΩ. Tụ
CT phải nằm trong dải 1nF(102) tới 0.2uF(224). Tần số trong công thức trên là
tần số của bộ dao động vậy nếu muốn tính tần số của nghịch lưu là 50Hz thì ta
phải tính ra 100HZ theo công thức trên.
Ưu điểm:

• Đơn giản dễ, sư dụng tiện lợi đối với những mạch điều khiển nhỏ.
• Dễ kết nối và không cần lập trình.
Nhược điểm:

• Số lượng đầu ra hạn chế, mỗi IC chỉ có thể điều khiển được 2 van công
suất.
• Khó sư dụng được trong các mạch nghịch lưu 3 pha.

Trang14


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 15
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.1.2. Điều khiển bằng vi điểu khiển PIC
Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý điều khiển dùng dsPIC30F4011
dsPIC30F4011 là loại pic chuyên dụng tạo ra xung PWM để điều khiển các van
công suất.
Trong đó các chân từ RE0-RE5 chính là 6 chân tạo xung PWM của
dsPIC30F4011.
Trang15


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 16
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ưu điểm:

• Có thể lập trình và thay đổi đầu ra, đầu vào và độ rộng xung tạo thuận lợi cho
người sư dụng.

• Điều khiển nhiều van công suất với 6 đầu ra xung PWM.

• Mạch điều khiển gọn nhẹ.
Nhược điểm:

• Cần có nguồn riêng cho PIC.
• Người sư dụng cần có kiến thức về lập trình.
2.2 Lựa chọn phương án điều khiển
2.2.1 Lựa chọn phương án
Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu cùng với những kiến thức đã học được
nhóm chúng em quyết định lựa chọn phương pháp điều khiển bằng
dsPIC30F4011.
2.2.2 Lựa chọn và giới thiệu linh kiện
2.2.2.1. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Cấu trúc và ký hiệu
Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác nhau là có thêm lớp
nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emiter( tương tự cực gốc)
với collector(tương tự với cực máng), mà không phải là n-n như ở MOSFET . Vì
thế có thể coi IGBT tương đương với một transistor p-n-p với dòng base được
điều khiển bởi một MOSFET.
Dưới tác dụng của áp điều khiển Uge>0, kênh dẫn với các hạt mang điện là các
điện tư được hình thành, giống như ở cấu trúc MOSFET.Các điện tư di chuyển về
phía collector vượt qua lớp tiếp giáp n-p như ở cấu trúc giữa base và collector
ở transistor thường, tạo nên dòng collector
Trang16


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 17
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.3: a) Cấu trúc IGBT b) Sơ đồ tương đương của IGBT
Nguyên lý làm việc.
- Phân cực cho IGBT sao UCE>0,sau đó vào cực G một điện áp điều khiển Uge>0
với một giá trị đủ lớn. Khi đó hình thành một kênh dẫn với các hạt là điện từ
giống như MOSFET các hạt điện tư di chuyển về phía cực C, vượt qua lớp tiếp
giáp P-N tạo nên dòng Colector
- Thời gian đóng cắt của IGBT nhanh hơn transistor thường , trể khi mở khoảng
0,15ms, trễ khi khóa khoảng 1ms. Công suất điều khiển IGBT rất nhỏ thường
mở dưới dạng điện áp điều khiển là +-15V . Để mở thường cấp tín hiệu
+15V,khóa cấp tín hiệu -15V
Vùng làm việc an toàn (Safe OperatingArea)
Vùng làm việc an toàn được thể hiện dưới dạng đồ thị quan hệ giữa điện áp và
giá trị dòng điện lớn nhất mà phần tư có thể hoạt động được trong mọi chế độ,
khi dẫn, khi khóa, cũng như trong cácquá trình đóng cắt.
Khi điện áp đặt lên cực điều khiển và emitor là dương và hình thư hai thì điện
áp này là âm. Khi điện áp điều khiển dương, SOA có dạng hình chữ nhật với góc
hạn chế ở phía trên, bên phải, tương ứng với chế độ dòng điện và điện áp lớn.
Trang17


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 18
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

suất càng suy giảm. Khi đặt điện áp điều khiển âm lên cực điều khiển và emitor,
SOA lại bị giới hạn ở vùng công suất lớn do tốc độ tăng điện áp quá lớn sẽ dẫn
đến xuất hiện dòng điện lớn đưa vào vùng p của cực điều khiển, tác dụng giống
như dòng điều khiển làm IGBT mở trở lại như tác dụng đối với cấu trúc của
thyristor. Tuy nhiên khả năng chịu đựng tốc độ tăng áp ở IGBT lớn hơn nhiều so

với ở các phần tư bán dẫn công suất khác.
Bảo vệ IGBT
Thông thường IGBT được sư dụng trong những mạch đóng cắt tần số cao, từ 2
đến hàng chục kHz. Ở tần số đóng cắt cao như vậy, những sự cố có thể phá hủy
phần tư rất nhanh và dẫn đến phá hỏng toàn bộ thiết bị. Sự cố thường xảy ra
nhất là quá dòng do ngắn mạch từ phía tải hoặc từ các phần tư có lỗi do chế
tạo hoặc lắp ráp.
Có thể ngắt dòng IGBT bằng cách đưa điện áp điều khiển về giá trị âm. Tuy
nhiên quá tải dòng điện có thể đưa IGBT ra khỏi chế độ bão hòa dẫn đến công
suất phát nhiệt tăng đột ngột, phá hủy phần tư sau vài chu kỳ đóng cắt. Mặt
khác khi khóa IGBT lại trong một thời gian rất ngắn khi dòng điện rất lớn dấn
đến tốc độ tăng dòng quá lớn, gây quá áp trên collector, emiter, lập tức đánh
thủng phần tư. Trong sự cố quá dòng, không thể tiếp tục điều khiển IGBT bằng
những xung ngắn theo quy luật như cũ, cũng không đơn giản là ngắt xung điều
khiển để dập tắt dòng điện được.
Có thể ngăn chặn hậu quả của việc tắt dòng đột ngột bằng cách sư dụng các
mạch dập RC (snubber circuit), mắc song song với các phần tư. Tuy nhiên các
mạch dập có thể làm tăng kích thước và giảm độ tin cậy của thiết bị. Giải pháp
tối ưu được đưa ra là làm chậm lại quá trình khóa của IGBT, hay còn gọi là
khóa mềm (soft turn-off ) khi phát hiện có sự cố dòng tăng quá mức cho phép.

Trang18


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 19
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.2.2.2. IC 6N138

Sơ đồ chân của 6N138

Hinh 2.4: Sơ đồ chân của 6N138
Chắc năng các chân của 6N138
•

Chân 1: và chân 4 là 2 chân trống.

•

Chân 2: Anode của diode phát hồng ngoại.

•

Chân 3: Cathode của diode phát hồng ngoại.

•

Chân 5: GND.

•

Chân 6: Vo điện áp ra.

•

Chân 7: Vb điện áp ra tại chân B.

•

Chân 8: VCC.
Chức năng của IC 6N138
Chức năng chính của IC 6N138 là cách ly mạch điều khiển với mạch động lực và
khếch đại điện áp đầu ra của mạch điều khiển để điều khiển IGBT.

Trang19


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 20
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nguyên lý hoạt động: Khi có tín hiệu điện áp từ mạch điều khiển tác động vào
chân 2 của 6N138 làm cặp diode thu phát có tín hiệu. Từ đó phân cực cho 2
transistor khuếch đại tín hiệu để điều khiển IGBT.
2.2.2.3. Vi xử lý DSPIC30F4011
Giới thiệu chung về họ vi điều khiển Dspic
Họ vi điều khiển 16 bit dsPic do công ty công nghệ Microchip Technology Inc.
sản xuất, được phát triển trên nền họ vi điều khiển 8 bit Pic.
Vi điều khiển dsPic là một chip xư lý mạnh với bộ xư lý 16 bit (có khả năng xư lý
dữ liệu có độ dài 16 bit). Với tốc độ tính toán cao dựa trên kiến trúc RISC, kết
hợp các chức năng điều khiển tiện ích của một bộ vi điều khiển hiệu năng cao
16-bit (highperformance 16-bit microcontroller), có thể thực hiện chức năng
của một bộ xư lý tín hiệu số (DSP) nên dsPIC còn có thể được xem là một bộ điều
khiển tín hiệu số (Digital Signal Controller – DSC).
Họ vi điều khiển dsPic có thể đạt tới tốc độ xư lý 40 MIPS (Mega Instruction Per
Second - triệu lệnh trên một giây). Ngoài ra dsPic còn được trang bị bộ nhớ
Flash, bộ nhớ dữ liệu EEPROM và các ngoại vi hiệu năng cao và rất đa dạng các
thư viện phần mềm cho phép thực hiện các giải thuật nhúng với hiệu suất cao

một cách dễ dàng trong một khoảng thời gian ngắn. Chính vì vậy dsPic được
ứng dụng rất rộng rãi trong các ứng dụng xư lý tín hiệu số, đo lường và điều
khiển tự động, .v..v...
Họ vi điều khiển dsPic được chia ra làm ba loại tùy theo mục đích của người sư
dụng:
•

Bộ điều khiển số cho điều khiển motor và biến đổi nguồn (DSC Motor Control &
Power Conversion Family)

•

Bộ điều khiển số cho sensor (DSC Sensor Family)

•

Bộ điều khiển số đa mục đích (DSC General Purpose Family)
Trang20


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 21
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đặc điểm chung của vi điều khiển dsPic30F4011
Khối xư lý trung tâm CPU
- Tập lệnh cơ bản gồm 84 lệnh
- Chế độ định địa chỉ linh hoạt
- Độ dài lệnh 24-bit, độ dài dữ liệu 16-bit

- Bộ nhớ chương trình Flash 24 Kbytes
- Bộ nhớ RAM độ lớn 1Kbytes
- Bộ nhớ EEPROM
- Mảng 16 thanh ghi làm việc 16-bit
- Tốc độ làm việc lên tới 40 MIPS
Bộ chuyển đổi tương tự số ADC
- Bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) 10-bit
•

Tốc độ lấy mẫu tối đa 1 Msps (Mega samples per second)

•

Tối đa 10 kênh lối vào ADC

•

Thực hiện biến đổi cả trong chế độ Sleep và Idle
- Chế độ nhận biết điện thế thấp khả lập trình
- Tạo Reset bằng nhận diện điện áp khả lập trình
Các cổng vào ra I/O Port và các ngoại vi
- Dòng ra, vào ở các chân I/O lớn: 25 mA
- 3 Timer 16-bit, có thể ghép 2 Timer 16-bit thành Timer 32-bit
- Chức năng Capture 16-bit
Trang21


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 22
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Các bộ so sánh/PWM 16-bit
- Module SPI 3 dây (hỗ trợ chế độ Frame)
- Module I2C, hỗ trợ chế độ đa chủ tớ, địa chỉ từ 7-bit đến 10-bit
- UART có khả năng địa chỉ hoá, hỗ trợ bộ đệm FIFO
Bộ xử lý tín hiệu số
- Nạp dữ liệu song song
- Hai thanh chứa 40-bit có hỗ trợ bão hoà logic
- Thực hiện phép nhân 2 số 17-bit trong một chu kì máy
- Tất cả các lệnh DSP đều thực hiện trong một chu kì máy
Một số đặc điểm khác
- Bộ nhớ Flash: ghi/xoá lên tới 10.000 lần (điều kiện công nghiệp) và trên dưới
100.000 lần (thông thường)
- Bộ nhớ EEPROM: ghi/xoá lên tới 100.000 lần (điều kiện công nghiệp) và trên
dưới 1.000.000 lần (thông thường)
- Khả năng tự nạp trình dưới điều khiển của software
- Watch Dog Timer mềm dẻo với bộ dao động RC nguồn thấp trên chip.
- Chế độ bảo vệ firmware khả lập trình
- Khả năng tự lập trình nối tiếp trên mạch điện (In Circuit Serial Programming
ICSP)
- Có thể lựa chọn các chế độ quản lí nguồn: Sleep hoặc Idle

Trang22


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 23
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Cấu trúc của vi điều khiển dsPic30F4011
CPU của dsPic30F4011 được thiết kế trên kiến trúc RISC, nhân của CPU có một
bộ xư lí lệnh 24-bit và bộ đếm chương trình – Program Counter (PC) độ rộng
23-bit với bit ý nghĩa thấp nhất luôn bằng 0, còn bít ý nghĩa cao nhất thì được
bỏ qua trong suốt quá trình
thực hiện chương trình bình thường, chỉ trừ khi thực hiện các lệnh đặc biệt. Do
đó, bộ đếm chương trình có thể định địa chỉ lên tới 4 triệu từ lệnh của không
gian bộ nhớ chương trình được sư dụng.
Thiết bị dsPIC30F chứa 16 thanh ghi làm việc 16-bit. Mỗi thanh ghi làm việc có
thể có thể làm việc với vai trò như dữ liệu, địa chỉ hoặc thanh ghi địa chỉ offset.
Thanh ghi thứ 16 (W15) hoạt động như là con trỏ ngăn xếp mềm cho hoạt động
ngắt và gọi ngắt.
Các chỉ lệnh của dsPIC30F gồm 2 lớp: Lớp MCU và Lớp DSP của lệnh. Hai lớp
này được kết hợp đồng nhất với nhau trong kiến trúc và thực hiện từ một khối
thực hiện đơn.
Các chỉ lệnh bao gồm nhiều chế độ địa chỉ và được chế tạo nhằm tương thích
với trình biên dịch ngôn ngữ C.
Không gian dữ liệu có thể được địa chỉ hoá thành 32K words hoặc 64 Kbytes và
được chia làm hai khối, được gọi là bộ nhớ dữ liệu X và bộ nhớ dữ liệu Y. Mỗi
khối đều có khối tạo địa chỉ - AGU (Adress Generator Unit) riêng biệt của nó. Tất
cả các lệnh hoạt động đơn độc chỉ qua bộ nhớ X, và khối AGU – quy định sự xuất
hiện của một vùng dữ liệu thống nhất. Lớp thanh chứa phép nhân (MultiplyAccumulate) – MAC của lệnh DSP hoạt động thông qua cả hai khối AGU của bộ
nhớ X và Y, nó chia địa chỉ dữ liệu thành
hai phần. Mỗi từ dữ liệu gồm 2-bytes, và tất cả các lệnh có thể định địa chỉ dữ
liệu theo bytes hoặc words (từ).

Trang23

TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 24
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Có hai cách để truy xuất dữ liệu trong bộ nhớ chương trình đó là:
•

32 Kbytes cao của vùng nhớ dữ liệu có thể được sắp xếp trong nưa thấp của
không gian chương trình tại biên của 16K từ chương trình bất kỳ, được định
nghĩa bởi thanh ghi PSVPAG 8-bit (Program Space Visibility Page). Do đó các
lệnh có thể truy cập không gian chương trình như không gian dữ liệu, nhưng có
một giới hạn là nó cần thêm một chu kỳ lệnh nữa. Chỉ có 16 bít thấp của mỗi từ
lệnh có thể sư dụng phương thức truy cập này.

Trang24


TRƯỜNG: ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN 25
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.5: Sơ đồ khối DsPic30F4011

Trang25