Đồ án Thiết kế bộ PID số điều khiển tốc độ động cơ DC

.7 Digital Inputs and Outputs Drive Mode: Chọn cách mà thanh ghi PRTxDR được nối với chân PSoC. Có 8 phương thức thiết lập trạng thái của chân mà không cần các thiết bị hỗ trợ bên ngoài. Mode làm việc của chân được định nghĩa theo bảng bên dưới ứng với các bit của các thanh ghi DM2, DM1 và DM0. Có thể tác động trực tiếp vào các thanh ghi này hoặc trong Device Editor. DM2 bit DM1 bit DM0 bit Mode Data = 0 Data = 1 0 0 0 Resistive Pull Down Resistive Strong 0 0 1 Strong Drive Strong Strong 0 1 0 High Impedance Hi-Z Hi-Z 0 1 1 Resistive Pull Up Strong Resistive 1 0 0 Open Drain, Drives High Hi-Z Strong (Slow) 1 0 1 Slow Strong Drive Strong (Slow) Strong (Slow) 1 1 0 High Impedance Analog Hi-Z Hi-Z 1 1 1 Open Drain, Drives Low Strong (Slow) Hi-Z Mode Strong: được sử dụng khi nối trực tiếp trạng thái thanh ghi PRTxDR với chân PSoC. Phương thức này được sử dụng khi chân được sử dụng như đầu vào. Hình 2.8 Mode Strong Mode Analog Hi-Z: được dùng khi pin là đầu vào tín hiệu analog như đầu vào ADC. Trong trường hợp này thanh ghi PRTxDR được cách ly với chân PSoC vì vậy không ảnh hưởng đến giá trị điện áp trên chân. Hình 2.9 Mode Analog High-Z Pull-up hoặc pull-down là mode điện trở kéo lên hay kéo xuống bên trong. Giữ trạng thái chân ở 1 mức nhất định khi không có tác dộng bên ngoài. Mode Open drain được dùng khi mang 1 vài thiết bị trên 1 line, lúc này cần thêm điện trở treo bên ngoài. Cần cho việc chuyển trạng thái nhanh như trường hợp ngắt. Hình 2.10 Mode Open Drain Tổng quan các liên kết của khối khả trình số. Hình 2.11 Tổng quan khối số GIO và GIE là Global input chẵn (P1,P3,P5) và lẻ (P0,P2,P4,P6): Input multiplexers của block lines Input multiplexer chọn 1 trong các global lines và nối đến các line tín hiệu phía trên các khối khả trình. Phần này sẽ được trình bày kĩ trong mục 3.3 (PSoC Designer). Khối khả trình số: Mô tả chi tiết ở hình bên dưới. Khối khả trình số được chia làm 2 loại: Digital Basic block (DBB) và Digital communication block (DCB) : Digital Basic block như: 8,16,24,32 bit Timer. 8,16,24,32 bit Counter, 8,16 bit PWM. 8,16 dead band Generator. 8,16,24,32 bit Pseudo random sources (PRS). Các bộ đệm và đảo số, bộ phát mã CRC. Các khối này có thể đặt vào bất kì khối số nào trong PSoC mà còn trống (DBB hoặc DCB). Digital communication block: chỉ có thể đặt vào các khối khả trình ở hai cột bên phải (DCB). Ví dụ: I2C master và Slaver, SPI Master và Slaver, UART, Hồng ngoại IrDA. Hình 2.12 Khối số Frequency signal (CLK) Lấy từ bộ phát tần số bên trong VC1, VC2, VC3, SYSCLKx2, CPU_32 Từ đầu ra khối khác (Counter, Timer, PWM) Từ dây chung Broadcast line (BC) Đầu vào (RI) hoặc đầu ra (RO) block lines Hình 2.13 Clock Logic circuit sửa đổi tín hiệu ra: cho phép qua 1 của 2 tín hiệu, đảo tín hiệu và thực hiện các phép toán logic AND, OR, XOR,... Hình 2.14 Logic circuit Các khối khả trình Analog Các khối khả trình Analog được chia làm các cột mỗi cột 3 khối, tùy vào các họ khác nhau mà có 1, 2, hoặc 4 cột Analog. Mỗi cột có bộ Mux đầu vào, 1 dây tần số, đầu ra analog hoặc đầu ra so sánh. Các khối tương tự có thể liên kết với các khối số để so sánh hoặc lấy tần số Clock. Đầu vào và đầu ra tín hiệu Analog chỉ cho phép ở 1 số chân gồm P0 và 4 chân thấp của P2. Hình 2.15 Tổng quan khối analog Analog multiplexers of port P0 Tín hiệu từ Port 0 được nối đến khối analog ACB. Analog columns Mỗi cột có 3 loại khối block: ACB, ASC và ASD. Đầu ra của nhữngkhối này được nối đến các khối kế bên hoặc đầu ra Analog hoặc đầu ra so sánh. Hình 2.16 Một cột của khối analog Khối ACB sử dụng cho các bộ khuếch đại. Phụ thuộc các liên kết nội bên trong khối mà có thể là khuếch đại đảo, không đảo hoặc so sánh. Đầu vào khối này được lấy từ bộ Analog multiplexer hoặc từ các khối kế bên. Khối ASC and ASD là loại switched capacitor (SC). Chúng chứa bộ khuếch đại với rail-to-rail IO và bộ MUX nội. ADC, DAC và bộ lọc thi hành tùy thuộc vào cấu hình bên trong khối. Đầu vào khối SC lấy từ những khối khác nhưng tín hiệu từ bộ MUX analog không thể đưa trực tiếp vào khối SC mà phải qua khối ACB Đầu ra Analog Mỗi cột analog có chung đường 1 đường AnalogOutBus nối ra bộ đệm ra 4 chân giữa P0 (P0_2 - P0_5). Comparator outputs Mỗi cột có 1 đường so sánh goi là “compare line” có thể nối đến các khối số hoặc khối tương tự khác. Frequency signal Những khối ADC, DAC và bộ lọc cần những tần số đặc biệt để hoạt động, tần số này được chọn qua bộ MUX: từ VC1, VC2, đầu ra của 1 số khối clock (Counter, timer, PWM) Hình 2.17 Tần số tín hiệu cho khối Ananlog Các mức điện áp tham chiếu: Trong PSoC có 3 mức điện áp tham chiếu: AGND, RefH, RefLo. Được mô tả ở hình bên dưới. Ref Mux AGND [V] RefLo [V] RefHi [V] Vdd/2 ± Vbg 2.5/1.65 1.2/0.35 3.8/2.95 Vdd/2 ± Vdd/2 2.5/1.65 0 5.0/3.3 Vbg ± Vbg 1.3 0 2.6 1.6Vbg ± 1.6Vbg 2.08 0 4.16 2Vbg ± Vbg 2.6 1.3 3.9 2Vbg ± P2[6] 2.6 1.6 3.6 P2[4] ± Vbg 2.2 0.9 3.5 P2[4] ± P2[6] 2.2 1.2 3.2 Hình 2.18 Các mức điện áp tham chiếu Switch Mode Pump Hình 2.19 Mode Pump Trong mode Pump nguồn cung cấp lấy từ Pin, hoạt động trên nguyên tắc của chuyển đổi BOOSTDC/DC. BOOSTDC/DC tạo ra điện áp cao hơn 1.5V làm nguồn nuôi cho PSoC . Khối MAC MAC là 1 khối thiết bị phần cứng dùng tính toán như nhân các số 8 bit cũng như phép cộng. Việc thực hiện rất đơn giản, việc chúng ta làm là đọc và ghi các giá trị vào các thanh ghi Hardware multiplication Thực hiện bằng cách ghi 8 bit đầu vào X và Y vào thanh ghi MUL_X và MUL_Y và đọc giá trị đầu ra 16 bit từ thanh ghi MUL_DH và MUL_DL. Hình 2.20 Hardware multiplication Sum of products Trong phép nhân, kết quả có thể được cộng dồn và lưu trong bộ tích lũy 32 bit. Đó là cách tạo nên hoạt động tính tổng đồng thời là mô tả hết sức quan trọng trong xử lí tín hiệu số. Bên cạnh đó khối MAC cho phép thực hiện phép nhân nhiều BYTE rất đơn giản. Hình 2.21 Sum of products Quá trình tính được thực hiện khi nhập dữ liệu X và Y vào thanh ghi MAC_X hoặc MAC_Y hoặc cũng có thể ghi vào các thanh ghi MUL_X và MUL_Y, trường hợp kết quả chưa được đọc thì giá trị tính toán được lưu trong các thanh ghi ACC_DR3, ACC_DR2, ACC_DR1 và ACC_DR0. Để bắt đầu phép tính giá trị phải trả về 0 bằng cách ghi giá tri 0 vào thanh ghi MAC_CL1 hoặc MAC_CL0. Interrupt Controller Ngắt là bộ máy bên trong vi điều khiển cho phép phản ứng nhanh với 1 số sự kiện khi xảy ra sự kiện đó. Những nguyên nhân xảy ra ngắt bên trong như: Timer, ADC,... và nguyên nhân bên ngoài như kết thúc nhận 1 chuỗi, thay đổi trạng thái chân (cạnh lên hoặc cạnh xuống). Khi ngắt xảy ra, chương trình chính tạm dừng và thi hành chương trình ngắt. Thực hiện 1 ngắt gồm các bước: Khi 1 ngắt xảy ra, điều khiển ngắt cất giữ loại ngắt. Dừng thực hiện chương trình chính Nếu ngắt được cho phép hoặc bit ngắt toàn cục được set bằng 1(GIE = 1), quá trình thực hiện chương trình ngắt bắt đầu. Stack cất giữ giá trị của PCH, PCL và thanh ghi F. Một ngắt mới xảy ra không cho phép bằng cách đặt giá trị thanh ghi F bằng 0 (GIE = 0). Bộ đếm chương trình nhảy đến địa chỉ ngắt đã được định nghĩa. Thực hiện chương trình ngắt. Gặp lệnh RETI thì quay trở về chương trình chính giá trị thanh ghi F được khôi phục từ stack, bộ đếm chương trình được trả về giá trị cũ. Hình 2.22 Ngắt Thanh ghi PRTxIF được sủ dụng thể hiện ngắt GPIO trên port, trong khi đó PRTxIC1và PRTxIC0 là các thanh ghi điều khiển ngắt thích hợp. Mỗi ngắt có thể giấu hoặc xóa với sự hỗ trợ của thanh ghi INT_MSK và INT_CLR . Không gian địa chỉ bộ nhớ PSoC có 3 không gian địa chỉ bộ nhớ: ROM, RAM, registers. Vì trong kiến trúc vi xử lí Harvard truy cập vào bộ nhớ ROM với 1 đường đặc biệt. Vì vậy PSoC có thể được chỉ đẫn và truy cập dữ liệu cùng 1 lúc. Hình 2.23 Không gian địa chỉ bộ nhớ Program memory Bộ nhớ chương trình là 1 phần của ROM, được sử dụng để chứa mã chương trình. Mã chương trình được ghi với sự hỗ trợ phần cứng bên ngoài. Bộ nhớ chương trình là công cụ trong công nghệ FLASH, nó thật đơn giản cho việc thay đổi chương trình. Tùy vào các họ PSoC mà hỗ trợ các bộ nhớ chương trình khác nhau: 2, 4, 8, 16 và 32 kB. Supervisory ROM (ROM giám sát) Supervisory ROM là 1 phần của ROM, được sử dụng để đo, kiểm tra các thành phần. Với kiến trúc đặc biệt SSC có thể truy cập như 1 phần bộ nhớ. RAM có thể lưu trữ các biến số và stack mà được sử dụng trong quá trình làm việc của PSoC. Với các họ PSoC CY8C29xx có nhiều hơn 256 byte . RAM được quản lí trong các page với stack được lưu ở trang cuối cùng. Thanh ghi PSoC có 512 thanh ghi trong 2 bank 256. Để truy cập vào thanh ghi bên cạnh tên của nó người sử dụng phải biêt tên bank. Để truy cập được bank bằng cách sử dụng macros M8C_SetBank0 and M8C_SetBank1, với việc xóa hoặc set bit XIO trong thanh ghi CPU_F. 3.3 Giới thiệu phần mềm PSoC Designer của hãng CYPRESS 3.3.1 Tổng quan về PSoC Designer PSoC Designer là phần mềm do hãng CYPRESS cung cấp miễn phí để lập trình cho PSoC. Nhìn chung PSoC Designer được chia là 2 phần: Device Editor : để xây dựng kiến trúc phần cứng cho PSoC Application Editor: viết các chương trình ứng dụng. Ngoài ra còn ra còn có phần debugger để dịch ra file Hex, và PSoC Programmer là chương trình nạp vào chip PSoC sử dụng mạch nạp của hãng CYPRESS. Để lựa chọn cửa sổ làm việc click chuột vào các nút có biếu trượng trên hình: Device Editor Application Editor Debugger User module selection view Interconnect View Hình 2.24 Chọn cửa sổ làm việc 3.3.2 Xây dựng kiến trúc phần cứng( Device Editor) Các mức datasheet của PSoC PSoC có 3 mức datasheet: Device datasheet, Datasheet từng module (embedded core) và datasheet do người sử dụng xây dựng Device datasheet là datasheet do nhà sản xuất đưa ra chung cho cả họ PSoC ví dụ: CY8C29xx66 hoặc CY8C27xx43. Cung cấp những thông tin: Các thanh ghi Đặc điểm nhiễu Loại và kích thước package Những thông tin chung chung và thông tin về nhà sản xuất Để xem Device datasheet vào PSoC Designer mục Help/Documentation hoặc vào trang web của nhà sản xuất: www.cypress.com Datasheet của từng module: Cung cấp biếu đồ USER Module, chi tiết đặc điểm của USER Module, lưu ý nơi đặt module trong các khối khả trình PSoC, và code mẫu. Chi tiết sẽ được trình bày trong phần PSoC Designer. 1 3 4 2 Hình 2.25User module Trong đó: (1): Thư viện Module: Chọn các module sử dụng phù với với project của người dùng bằng cách click đúp chuột. (2): Sơ đồ khối user module (3): Datasheet user module (tài nguyên,mô tả đặc điểm, tổng quan, sơ đồ khối, mô tả chức năng, các thông số đặc điểm kĩ thuật, nơi đặt nó, thước đo tài nguyên chiếm dụng, thư viện API, code mẫu và các thanh ghi). (4):Thước đo tài nguyên (Khối số, analog, ROM, RAM, Decimator, I2C controller đã sử dụng) Hình 2.26: Thước đo tài nguyên Các Module mà PSoC Designer hỗ trợ: ADCs: ADCINC, ADCINC12, ADCINC14, ADCINCVR, DELSIG8, DELSIG11, DUALADC, DUALADC8, DelSig, SAR6, TRIADC, TRIADC8 AMPLIFIERS: AMPINV, CMPPRG, CmpLP, INSAP,PGA Analog Comm: DTMFdialer (bàn phím tương tự) Counters: Counter8, Counter16, Counter24, Counter32 DACs: DAC6, DAC8, DAC9, MDAC6, MDAC8 Digital Comm: CRC16, EzI2Cs, I2CHW, I2Cm, IrDARX, IrDATX, RX8, SD Card, SPIM, SPIS, TX8, UART. Filters: BPF2, LPF2 Generic: SCBLOCK Misc Digital: DigBuf, DigInv, E2PROM, LCD, LED, LED7SEG, Sleep Timer. MUX: AMUX4, AMUX8, RefMux Protocols: BootldrI2C PWMs: PWM8, PWM16, PWMDB8, PWMDB16. Random Seq: PRS8, PRS16, PRS24, PRS32. Temperature: FlashTemp Timers: Timer8, Timer16, Timer24, Timer32. Datasheet do người sử dụng xây dựng: trong PSoC Designer, chọn View/datasheet. Thời gian tạo datasheet Các module đã sử dụng Hình 2.27 Datasheet do người sử dụng xây dựng . Interconnection View Hình 2.28 Interconnection View Mọi sự liên kết chưa được phép nếu chưa đặt các khối số hoặc tương tự vào các khối khả trình và chờ thước đo tài nguyên set xong. Đây là phần công việc quan trọng có thể được thực hiện ở của sổ Interconnection View. Ở phần trung tâm là hình mô tả các khối khả trình và các line liên kết.Công việc xây dựng kiến trúc line giống như routing PCB nhưng đơn giản hơn. Quan trọng là việc thiết lập các thông số Global sẽ được trình bày ở phần tiếp theo. Global Parameters: Các thông số Global ở tab bên trái cửa sổ Interconnection View cụ thể ở hình bên dưới. Hình 2.29 Global Parameters Các thông số này được mặc định 1 số giá trị hợp lí mà người dùng chỉ cần lựa chọn. Ví dụ điện áp cung cấp mặc định chọn 1 trong 2 giá trị 5V hoặc 3.3V nhưng với 1 số thông số người sử dụng có thể nhập vào. Ví dụ nhập giá trị VC3 Divider. Component Parameters Để thiết lập các thông số cho User Module. Các thiết bị ngoại vi của PSoC hết sức linh hoạt nó hoạt động phụ thuộc vào các thông số người dùng thiết lập.Điển hình là chọn tần số của tín hiệu, các kết nối với các khối khác và các liên kết bên trong.Vì vậy thiết lập các thông số này là đièu kiện bắt buột. Hình bên dưới thí dụ cho module PWM16 Hình 2.30 Component Parameters Pin Parameters Là bảng thiết lập thông số trạng thái chân. Các kiểu chân PSoC được trình bày ở phần trước.T ất cả được mặc định là Analog Hi-Z, người sử dụng có thể chọn mode hoạt động cho chân PSoC phù hợp với yêu cầu. Đây cũng là 1 trong những ưu điểm vượt trội của PSoC so với vi điều khiển thông thường. Chọn mode drive cho pin có 2 cách hoặc thiết lập các thông số trong bảng này hoặc lập trình bằng phần mềm bằng cách đặt các giá trị thanh ghi thích hợp. Trong cột Select nếu chọn là StdCPU thì chân ở chức năng chuẩn IO và không kết nối đến bất kì khối nào. Cột Drive để thiết lập mode hoạt động của chân PSoC như pull-up, pull-down, Strong, Strong low, Open drain high, Open drain low, High Z, High Z Analog . Trường hợp cần trở kháng cao chọn High Z Analog. Cột thứ 3 sử dụng để thiết lập chân ngắt. Mặc định là không có ngắt (Disable), có 3 nguyên nhân ngắt là cạnh lên (Rising Edge), cạnh xuống (Falling Edge) và thay đổi trạng thái từ việc đọc (Change from read). Hình 2.31 Pin Parameters Placement Những ô trống để đặt các khối khả trình có màu xám, khi ô đó đã có module khác thi có màu đặc trưng của module đó. Click vào biểu tượng Place hoặc click chuột phải chọn Place. Chú ý phải tuân thủ nguyên tắc về vị trí các khối Communication Digital và các khối Analog như đã trình bày ở phần trước. Nối các đầu ra dầu vào của khối bằng cách click chuột trái ta sẽ thấy 1 danh sách điểm đích có thể nối như hình vẽ bên dưới. Hình 2.32 Placement Digital Components Interconnection Liên kết các khối số trước hết yêu cầu người dùng phải biết cơ bản về các khối khả trình. Hình 2.33 Digital Components Interconnection Ở phía trên có 4 line đầu vào khối digital có màu đỏ và bên dưới các khối là 4 line đầu ra khối digital có màu xanh. Khối Digital không thể nối trực tiếp ra chân PSoC nhưng qua bộ MUX và input line và output line toàn cục (GIO, GIE, GOO, GOE). Hình 2.34 Digital MUX Global input lines (GIO và GIE) ở bên trái màn hình và global output lines (GOO và GOE) ở bên phải màn hình. Click chuột ở biểu tượng MUX PSoC Designer sẽ hiện ra các Global input lines cho phép nối ứng với các digital line đầu vào khác nhau. Hình 2.35 Global Line In PSoC Designer hỗ trợ cho bạn rất nhiều, bạn dễ dàng tạo ra các liên kết đơn giản bằng cách click chuột và chọn.dưới đây là một số hình minh họa thực hiện để nối đầu ra các khối với chân PSoC. Hình 2.36Output Hình 2.37 Global line out Analog Components Interconnection Chi tiết ở hình bên dưới . Nguyên tắc tương tự khối số nhưng giới hạn một số chân Analog vào và ra chứ không phải chân nào cũng được như khối số. Mặc khác nó tuân theo qui định đặt các khối Analog vào ACB, ASC và ASD đã được trình bày ở phần trước. Hình 2.38 Analog Components Interconnection 3.3.3 Cửa sổ viết ứng dụng(Application Editor) Application Editor là giao diện cho người dùng lập trình ứng dụng bằng 1 trong 2 ngôn ngữ C hoặc ASEMBLY. Hình 2.39 Application Editor Trong Application Editor có các file tự động tạo ra trên cơ sở những khối mà bạn chọn bằng cách click vào biểu tượng Generate Application. Debugger dịch ra file hex: click chuột vào biểu tượng Debugger để dịch chương trình ra file Hex. CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT VỀ MOSFET 3.1 Giới thiệu về MOSFET Transistor hiệu ứng trường gọi tắt là FETs [Fiel-Effect Transistors] bao gồm hai loại chính đó là: Transistor hiệu ứng trường có cấu trúc cổng bằng bán dẫn-oxide-kim loai, gọi tắt là MOSFET [Metal-Oxide-Semiconductor FET], và transistor hiệu ứng trường có cấu trúc cổng bằng tiếp giáp pn, thường gọi là JFET [Junction FET]. Transistor MOSFET đã trở thành một trong những dụng cụ bán dẫn quan trọng nhất trong việc thiết kế chế tạo các mạch tích hợp (ICs) do tính ổn định nhiệt và nhiều đặc tính thông dụng khác của nó. Cả MOSFET và JFET đều dẫn điện theo các kênh dẫn, nên mỗi loại đều có ở dạng kênh dẫn bằng bán dẫn n hoặc p, gọi là MOSFET kênh n (gọi tắt là NMOS), MOSFET kênh p (gọi tắt là PMOS) và JFET kênh n và JFET kênh p tương ứng. Ngoài ra, đối với MOSFET dựa theo nguyên tắc hình thành kênh dẫn mà có MOSFET cảm ứng kênh hay tăng cường kênh; giàu kênh (kênh không có sẵn) và MOSFET nghèo kênh (kênh có sẵn). 3.2 Cấu trúc cơ bản của NMOS kiểu tăng cường : Nguyên lý hoạt động : Khi VGS>0, một điện trường được tạo ra ở vùng cổng. Do cổng mang điện tích dương nên hút các điện tử trong nền bán dẫn p đến tập trung ở mặt đối diện của vùng cổng. Khi VGS đủ lớn, lực hút mạnh, các điện tử đến tập trung nhiều và tạo thành một thông lộ tạm thời nối liền hai vùng nguồn S và thoát D. Điện thế VGS mà từ đó dòng điện thoát ID bắt đầu tăng được gọi là điện thế thềm cổng – nguồn (gate to sourse threshold voltage) VGS(th). Khi VGS tăng lớn hơn VGS(th), dòng điện thoát ID tiếp tục tăng nhanh. Người ta chứng minh được rằng : Trong đó : ID là dòng thoát của E-Mosfet K là hằng số với đơn vị A/V2 VGS là điện thế phân cực cổng nguồn. VGS(th) là điện thế thềm cổng nguồn. Hằng số K thường được tìm một cách gián tiếp từ các thông số do nhà sản xuất cung cấp. Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến dòng máng : 3.3 Ưu nhược điểm và các thông số quan trọng của MOSFET: 3.3.1 Những ưu điểm của mosfet : Tốc độ chuyển mạch nhanh, tổn hao chuyển mạch nhỏ hơn BJT và IGBT. Tổn hao dẫn bé hơn BJT và IGBT ở vùng dòng điện nhỏ và vừa. Không tốn công suất điều khiển như BJT, ở các mức công suất khác nhau thì mạch điều khiển không khác nhau nhiều,giúp đơn giản hoá việc thiết kế. Có tuổi thọ rất cao nếu được tính toán tốt. Với vùng điện áp thấp(dưới 50V) và dòng lớn( cỡ trăm Ampe) thì mosfet là sự lựa chọn tốt nhất. 3.3.2 Các nhược điểm của mosfet. Bị hạn chế về điện áp (<1000V) và dòng điện( cỡ vài trăm Ampes đổ lại). Khi dòng điện tăng thì tổn hao tăng nhanh hơn BJT và IGBT. Chịu quá tải kém, nhậy cảm với nhiệt độ. Giá thành cao hơn BJT và IGBT ở cùng điện áp và dòng điện định mức. Vì những lý do trên mà mosfet thường được sử dụng ở cấp điện áp 320VDC( 220VAC sau chỉnh lưu) và dòng điện vài trăm Ampes trở lại. 3.3.3 Các thông số quan trọng của mosfet : Drain-to-Source Breakdown Voltage: đây là điện áp một chiều lớn nhất cho phép trên cực Drain và Source. Khi tính toán thường lấy hệ số an toàn về điện áp là1.5 trở lên. Continuous Drain Current dòng điện một chiều liên tục lớn nhất chảy qua mosfet, giới hạn bởi tổn hao dẫn , thường cho ở 25°C và 100°C . Pulsed Drain Current: Dòng điện xung lớn nhất chảy qua mosfet, phụ thuộc vào độ rộng xung,giới hạn bởi diện tích an toàn(Safe Operating Area-SOA). Gate-to-Source Voltage: Điện áp điều khiển giữa cực Gate và Souce, thường lớn nhất là 20V,thực tế hay đặt khoảng 10V,khi mosfet hoạt động xảy ra hiện tượng điện áp điều khiển bị tăng cao do ảnh hưởng của điện dung ký sinh giữa cực Drain và Gate,khi tính toán nếu thấy điện áp này tăng cao cần thêm một diode zener mắc giữa cực Gate và Souce. Max. Power Dissipation:Công suất tiêu tán lớn nhất trong điều kiện làm mát tốt nhất và ở một nhiệt độ nhất định, thường cho ở 25°C , dựa vào Linear Derating Factor có thể tính ra công suất tiêu tán nhiệt ở các nhiệt độ khác. Công suất tiêu tán trên thực tế phụ thuộc chủ yếu vào dạng đóng vỏ và điều kiện làm mát, và bé hơn nhiều giá trị định mức.Vd: Loại IRF-540N, dạng vỏ TO-220, datasheet cho Max. Power Dissipation =130W tại 25°C,nhưng trong điều kiện làm mát cánh tản nhiệt và quạt cưỡng bức tốt nhất thì thường chỉ nên lấy tối đa 50W. Tất cả các loại van khác có cùng dạng đóng vỏ này cũng không được chọn quá 50W. Linear Derating Factor: Hệ số suy giảm công suất toả nhiệt theo nhiệt độ, khoảng 0.7-2.5W/°C. Operating Junction and Storage Temperature Range: giới hạn nhiệt độ của lớp tiếp giáp,thường là -55 đến +175°C. Quá thang nhiệt độ này van sẽ hỏng. Peak Diode Recovery dv/dt: Giới hạn tốc độ tăng điện áp trên diot mắc giữa cực Drain và Souce,thường <5V/ns, khi quá giá trị này van sẽ hỏng. Sở dĩ có thông số này là vì trong van tồn tại các giá trị điện dung và điện cảm ký sinh. Khi có biến thiên điện áp ,các yếu tố này sẽ tương tác, tạo ra một sđđ đủ lớn để phá hỏng các lớp tiếp giáp trong van. Static Drain-to-Source On-Resistance: Điện trở biểu kiến ở trạng thái dẫn, đây là thông quyết định đến tổn hao dẫn, thông số này phụ thuộc nhiều vào điện áp chịu đựng của van và nhiệt độ lớp tiếp giáp ,tăng khi nhiệt độ lớp tiếp giáp tăng , và tăng nhanh khi điện áp định mức tăng. Có lẽ đây là lý do tại sao mosfet ít được chế tạo ở cấp điện áp trên 1000V. Rise Time và Fall Time: thời gian chuyển mạch của van tương ứng từ trạng thái khoá sang trạng thái dẫn và ngược lại , được trình bày trong giản đồ dưới đây.Đây là thông số quyết định đến tổn hao chuyển mạch , là thông số quan trọng khi đánh giá chất lượng của van, khi tính toán mạch điều khiển thì Rise Time và Fall Time của xung điều khiển phải bé hơn các thông số này của van. Total Gate Charge: Điện tích tổng cộng của các tụ điện ký sinh trên cực Gate tại một giá trị Uđk nhất định, thường cho ở 10V, đây chính là điện tích mà mạch điều khiển(gate driver) phải nạp hoặc xả cho các tụ này trong quá trình đóng hay mở van.Bởi vậy mà mạch điều khiển đôi khi còn được gọi là Gate charge.Thông số này quyết định đến giá trị Ipgeak của mạch điều khiển, điện tích này càng lớn thì Ipgeak càng phải lớn để đảm bảo các tụ này được nạp trong thời gian xác định. Thường Ipgeak trong khoảng 0.5-2A. PHẦN 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 4.1 Sơ đồ nguyên lý: Nguyên lý hoạt động: Chip PSOC CY29566 điều khiển trung tâm làm nhiệm vụ tính toán, xuất ra xung điều khiển cho khối điều khiển động cơ, điều khiển đảo chiều động cơ. Điều khiển hiển thị LCD và giao tiếp với máy tính. Khối giao tiếp máy tính gồm Max232 chuyển mức tín hiệu RS232 với mức logic 0 (+3V đến +15V) sang TTL 0V, và mức logic 1 (-15V đến -3V) thành 5V. Nhờ khối này, vận tốc hiện thời của động cơ sẽ được cập nhật lên máy tính và các từ máy tính ta có thể điều khiển tốc độ động cơ, thay đổi các thông số của bộ điều khiển PID. Giá trị của các tụ trên sơ đồ mạch là 10u được chọn theo datasheet của nhà sản xuất. Khối điều khiển công suất (mạch Drive cho FET) kích cho FET hoạt động theo tín hiệu PWM từ PSOC. Để đảm bảo cho FET chuyển mạch nhanh ở đây ta dùng mạch kích kiểu totem-pole gồm 2 BJT 2SC2383 và 2SA1013. Khối đảo chiều động cơ dùng relay để đảo điện áp đặt vào động cơ. Khối hiển thị dùng LCD 16x2 để hiện thị thông số Ki, Kp, Kd tốc độ hiện thời, tốc độ cài đặt. Khối nguồn cung cấp: mạch ổn áp dùng IC 7805 cấp điện áp 5V cho mạch hoạt động. 4.2 Tính toán các thông số của mạch: 4.2.1. Mạch đảo chiều động cơ: Để điều khiển chiều quay của động cơ điện 1 chiều, ta có thể dùng mạch cầu H, hoặc có thể dùng Relay. Vì dùng relay chi phí thấp hơn nên trong đồ án này chúng tôi đã lựa chọn giải pháp này. Nguyên lý của mạch này đơn giản như sau: Khi chân P2.3 ở mức thấp, BJT Q2 tắt, tiếp điểm 3 nối đến 4, tiếp điểm 6 nối đến 8, khi đó Vcc nối tới chân 2 của CON2, cực D của FET nối tới chân 2 của CON2 động cơ chạy theo chiều thuận(chiều quy ước). Khi có tín hiệu kích 5V tại chân P2.3, BJT Q2 dẫn, tiếp điểm 3 nối đến 5, tiếp điểm 6 nối đến 7, lúc đó nguồn cung cấp cho động cơ đảo ngược so với trường hợp trên, do đó động cơ quay theo chiều ngược lại. Ta tính chọn với dòng cực đại qua động cơ là 5A, Chọn Relay 10A. Công suất của relay 530mW, -> dòng qua relay 0.530/12 = 44mA. Công suất tổn hao trên BJT Q2 chủ yếu là công suất dẫn: P = Vcesat xIcsat = 0.25x44mA = 11mW. Vậy chọn BJT 2SC1815 có: Ic = 150mA, Vce = 50V, công suất 400mW, hfemin = 70. Để BJT dẫn bảo hòa thì Ibmin = Ic/hfemin = 44/70 = 0.63mA. Chọn dòng qua R13 khoảng 0.7mA, => R13 = 0.7V/0.7mA = 1k. Chọn dòng Ib ~ 1.5Ibmin => chọn Ib = 1mA Dòng qua R11 = Ib + IR13 = 1.7mA R11 = (5V-0.7V)/1.7 = 2.53k =>chọn R11 = 2k2. 4.2.2 Tính toán cho FET: Tính dòng tối đa qua động cơ: Ta có phương trình của động cơ ở trạng thái xác lập: Ứng với tải cụ thể ta có thể xác định được TL từ đó ta có thể xác định được dòng Ia cực đại qua động cơ. Giả sử ta tính với dòng tối đa qua động cơ là 5 A Ta phải chọn MOSFET có VDS >2Vđộng cơ, dòn