Bộ nguồng PWM đa năng nạp ắc quy, Cần giúp đỡ

[nkcantho]

@quangdongueh: Bộ nạp có sẳn là một bộ ổn áp DC dùng cầu chỉnh lưu điều khiển SCR. Vì nhiều lý do khách quan và chủ quan em không không thể can thiệp vào bộ này được mà chỉ có thể làm bộ nạp khác thôi bác.
@thientanvt: Khã năng tăng tần số lên chắc là rất khó. Hôm qua em đã thử tăng tần số lên 15.6Khz và cuộn dây đo được là 2.88mH. Kết quả là khi có tải 3A phát sinh nhiễu rất lớn làm cho board arduino không hoạt động được, Khi hạ tần số xuống 7.8Khz và cuộn cảm 2.88mH, tình trạng chết igbt vẫn diễn ra. Qua tuần em sẽ làm cuộn cảm tầm 10mH xem sao.
Nhân tiện cho em hỏi là trong các máy hàn Inverter họ dùng cuộn dây ngõ ra có lõi sắt chứ không phải ferrit. Như vậy cuộn dây lõi sắt có sử dụng được cho mạch băm xung này không vì loại đó em có sẳn vài cuộn rất to.

[Thanh Ng]

Theo tôi nghĩ thì anh đang thiết kế nguồn xung Buck và dùng Adruino PWM để điều khiển băm xung cho IGBT hay FET. Tôi thấy nó sẽ không chạy được và làm hỏng FET/IGBT là vì nó đâu có mạch hồi tiếp để ổn áp hay ổn dòng. Đây là đề nghị cho mạch nguồn xung Buck:

1) Thiết kế nguồn xung Buck dùng FET chạy khoảng từ 50KHz tới 100KHz. FET VDS phải khoảng trên 500V.

2) Dùng PWM IC để điều khiển VGS cho FET

3) Dùng FET driver để điều khiển FET Vgs vì cực S của FET nối ra tải

4) Xác định nguồn xung điều khiển loại nào. Ổn Áp hay Ổn Dòng(Voltage Mode Control hoặc Current Mode Control).

Từ đó xác định PWM nào. Nếu ổn dòng thì dùng UC1843 là tiện nhất.

5) Thiết kế hàm hồi tiếp để mạch không bị bất ổn định

6) Thiết kế tụ cảm và tụ điện để điện dòng chạy liên tục

7) Xác định chu kỳ hoạt động

[nkcantho]

@ Thanh Ng: Mình dùng Arduino đo điện áp và dòng điện ngõ ra để điều chỉnh độ rộng xung theo chương trình.
@ Các bạn: Mấy hôm nay công việc nhiều quá và đã đốt hết kha khá IGBT. Mình đã tính lại phương án là làm một mạch nguồn BUCK riêng và dùng Arduino điều khiển điện áp tham chiếu của bộ nguồn BUCK để điều khiển điện áp ngõ ra theo yêu cầu của mình. Phương án nguồn BUCK dùng IC TL494 để tạo mạch ổn áp điều chỉnh được điện áp ngõ ra và giới hạn quá dòng ngõ ra.
Giờ đang tính tới phần mạch công suất là dùng FET hay IGBT các bạn cho mình hỏi vài vấn đề kinh nghiệm vì mình mới làm mạch này lần đầu
IGBT 40N120 mình xem Datasheet thì tốc độ hoạt động được tới 1Mhz vậy khi mình cho chạy tới tần số 50Khz có vấn đề gì phát sinh không? loại IGBT này khá thông dụng nên mình có thể mua dễ dàng còn FET công suất lớn và điện áp cao thì ở Cần thơ hơi khó mua.
Khi tăng tần số lên tới 50Khz hoặc 100Khz có phát sinh vấn đề gì cần chú ý ở mạch công suất và mạch Driver không? Mình nghe nói mạch Driver và Snubber khi tần số lên đến 50Khz thì phát sinh rất nhiều vấn đề ngoài ý muốn
Hiện tại mình đang thử dùng IC TL494 điều khiển và TL250 làm Driver. tần số hoat động của mạch là 20Khz. Khi nào có kết quả sẽ tốt hoặc xấu cũng sẽ báo cáo với các bạn.

[Thanh Ng]

Tôi thấy anh chọn tần số 20KHz và IGBT cho trường hợp này là đúng. Cần phải chọn giá trị tụ cảm và tụ điện cho thích hợp để chạy dòng liên tục. Đồng thời hệ thống hồi tiếp bù trừ (feedback control loop compensation) phải chính xác để Bode pha lớn hơn 0 độ (khoảng 60 độ là tốt nhất). Nếu cần tôi giúp về mặt này thì tôi sẽ chọn giá trị LK cho anh.

[nkcantho]

thanh Ng: Mình xin cám ơn bạn rất nhiều về sự nhiệt tình của bạn.
Mình sẽ vẽ sơ đồ chi tiết và trị số các linh kiện của mạch để các bạn cùng tham khảo và phản biện giúp mình nhé! Lúc đó chắc phải nhờ bạn Thang Ng giúp mình phần mạch hồi tiếp điện áp để đảm bảo tính ổn định của mạch.

[nkcantho]

Sau mấy ngày mò mẫm lại Orcad. Mình đã vẽ được chi tiết phần mạch công suất và nguồn của bộ nạp. Mời các bạn phản biện và tranh luận để tìm ra chân lý nhé!
Một số thông số đầu vào như sau:
- Điện áp đầu vào Igbt: 300
- Điện áp ra: 40V-280V (chọn điện áp 40V để tính toán thông số)
- Dòng điện định mức đầu ra 30A
- Dao động đòng điện đầu ra 1A
- Dao động điện áp đầu ra 0.1V
- Tần số làm việc của igbt 20Khz.
Dựa vào các thông số trên mình tính toán ra được các giá trị điện cảm L và tụ C đầu ra của mạch BUCK.
Các bạn xem giúp mình với các thông số và tính toán mạch công suất như thế đã chính xác chưa
Phần mạch Driver và Snubber hợp lý chưa. (Driver chỉ xét đến 1 IGBT. Khi mắc nhiều IGBT song song sẽ tính sau)

[Thanh Ng]

Tôi có mô phỏng theo sơ đồ của anh. Tôi chạy khoảng 12A tải. Đây là những gì tôi xin góp ý:

1) Cuộn cảm giá trị là 2,2mH. Của anh là 1,73mH. Rất gần nhau

2) Tụ điện là 62.5uF giống của anh. Tôi nghĩ anh nên xài 68uF hoac 100uF. Ngoài ra tôi dùng 1 ohm ESR cho tụ điện (phỏng đoán)

3) Chu kỳ hoạt động (Duty cycle) là khoảng 0,15

4) Dao động điện ấp ra khoảng 800mV. Lý đó là đó 1 ohm ESR

5) Mạch #1 tôi làm như của anh. Con IGBT hao tán năng lượng là 28W. Con Diode khoảng 8W. Điện Áp cực B-E của IGBT thấy băm xung bị xụp xuống còn 8V thay vì 12V

6) Tôi đọc datasheet của TLP150 thì thấy thay vì hai con FET driver nó dùng là hai con NPN và PNP. Mach #2 tôi thay driver lại. IGBT hao tán năng lượng là 12,2W. Diode cũng khoảng 8W

Kết luận, anh thử mô phỏng coi IGBT Driver chạy có đúng không ? Chừng nào anh sẵn sàng và xác định giá trị của tụ cảm và tụ điện cho tôi biết. Tôi sẽ định giá trị linh kiện mạch hồi tiếp dùng phương pháp ổn áp. Nhớ cho biết đích xác điện trở ESR của tụ điện ở 20KHz hoặc 100KHz cũng được

[nkcantho]

thanh Ng: Cám ơn bạn đã mô phòng giúp mình.
TLP250 chính xác là 2 BJT chứ không phải FET. Mình tìm không ra nên lấy đại ic dùng FET sửa chân lại. Trong sơ đồ của mình thiếu 4 cái tụ lọc nguồn ngõ ra của nguồn +- 12V. Cái này mình sẽ sửa lại khi làm mạch thực tế.
- Ở sơ đồ mô phỏng số 2 điện trở mắc nối tiếp D2 là 2 ôm (thay vì 20 ôm trong mạch của mình) nên thời gian ngắt của IGBT ngắn lại làm cho tổn hao trên Igbt cũng nhỏ lại (Bạn xem lại không biết có đúng không).
- Nếu điện áp cực B-E của IGBT bị tụt xuống còn 8V thì mình nghĩ sẽ tăng nguồn Driver lên +15V -12V (thay 7812 bằng 7915) và tăng điện trở Zenner bảo vệ cực G lên cao hơn 15V. Mình sẽ đo lại mấy cuộn dây mình hiện có và sẽ vẽ lại sơ đồ cập nhật giá trị thực tế của tụ điện và cuộn cảm.

[Thanh Ng]

1) Con R3 nối tiếp với D2 tôi đã dùng 2 ohm

2) Con Q2-C tôi nối vào -12V

3) Tôi dùng tụ điện 100uF cho anh dễ tiềm linh kiện

4) Tụ điện snubber 10nF tạo hao tổn công suất R5= 9,5W. Tôi đổi xuống thành 1nF, R5= 0,8W. Snubber khó thiết kế, cần phải đo bằng oscilloscope thì mới thiết kế chính xác được

5) Tôi có gởi cho anh hệ thống hồi tiếp ổn áp. VOUT sẽ nối thẳng vào R3. Op-Amp là từ AMP1 của TL494. 5V REF sẽ chia xuống phân nữa là 2.5V để đưa vào mạch hồi tiếp. Có ba kết quả. Một là hàm tổng. Hàm này cho kết quả độ dự trữ pha là 90 độ. Bode biên có tần số cắt khoảng 1,5KHz. Độ dự trữ Biên rất cao tới 40dB. Kết quả thứ nhì là hàm truyền của nguồn xung Buck. Mạch hồi tiếp là bộ điều khiển tự động PID bậc 3 vì hàm truyền có độ dốc -40dB tạo bởi L-C. PID bậc 3 có 3 điểm cực và 2 điểm không. Kết quả thứ 3 là 40V tải, điện dòng đi qua tụ cảm, điện áp của con Diode D1

Chúc anh thành công

[Thanh Ng]

Khi dùng BJT cho TLP250, băm xung không thấy bị xụt áp khi mô phỏng. Xung ra khoảng 11.5V. Anh không cần đổi +12V thành +15V.

Trên thực tế tôi thấy datasheet TLP250 thời gian TpLH và TpHL rất là dài (0,5us max). IGBT sẽ có khá năng hao tổn công xuất hơn mô phỏng. Khi chạy ở tãi cao nhớ đó nhiệt đó nêu cao quá thì không nên tiếp tục. Có gì thì kéo tần số xung xuống 5KHz tới 10KHz.

[nkcantho]

Cám ơn bạn rất nhiều. Mình sẽ thử và báo kết quả cho các bạn trên diễn đàn biết

[nkcantho]

Hôm nay mình đã có thể thử lại mạch công suất và kết quả đã khã quan hơn.
Sau khi mượn được cái máy hiện sóng, mình tiến hành đo đạc tín hiệu kích igbt, với IC điều khiển TL494 và IC kích là TLP250. Kết quả đo đạc cho thấy, tần số tính toán là 20KHz, tần số thực tế đo được 25KHz thì tín hiệu kích khá tốt, không bị dạng xung hình thang nên mình đã loại bỏ nguyên nhân tín hiệu kích xấu và tập trung phần mạch công suất.
Sau khi nướng thêm vài con IGBT nữa và chỉnh sửa lại một chút thì mạch công suất đã hoạt động khát tốt. bộ Acquy 58V/300AH mình thử nạp 10A thời gian 5 giờ chưa thấy hư IGBT công suất (với FGA25N120: 25A max) dùng tải 10A thì coi như thành công bước đầu.
Nguyên nhân lớn nhất từ đầu đến giờ là do cuộn dây và tụ điện của mạch lọc ngõ ra. Cuộn dây mình đo thử ở tần số 500Hz cho ra thông số L=2.5mH. khi tần số là 1Khz thì L=2.2mH. vì tần số của máy phát tín hiệu đo tối đa nên chỉ 1KHz nên mình không thể kiểm tra ở tần số cao hơn được. Mình đã đọc một số tài liệu trên mạng về các lưu ý khi chế tạo cuộn dây lọc, chỉnh sửa lại và mạch đã chạy khá ổn.
Với Tụ lọc ngõ ra 100uF bạn Thanh Ng đã tính toán và điện trở mắc nối tiếp tụ điện là 1Ohm thì sau khi mạch chạy được 5s là điện trở nóng không sờ được. Mình đã thay tụ điện bằng 0.47uF và không có điện trở nối tiếp.
Mình đã thay đổi mạch điều khiển từ ổn áp sang ổn dòng và kết quả đã khã quan hơn. Khi mạch đang có tải có thể cắt tải và đóng lại tải ắc quy mà không làm nổ IGBT mình đã cảm thấy vui mừng. Trước kia chỉ cần mối nối linh kiện ngõ ra chập chờn là nổ IGBT ngay.
Cám ơn tất cả các bạn đã tư vấn giúp đỡ mình trong thời gian qua.

[Thanh Ng]

Con điện trở 1 ohm nối tiếp với tụ điện không phải là mình gắn thêm vào. Đây là con điện trở bên trong con tụ điện. Thông thường bạn sẽ phải dùng tụ Tantalum vì là 100uF. Loại tụ này có điện trở bên trong và điện trở nầy thay đổi tùy theo tần số băm xung. Anh bỏ con điện trở 1 ohm nối tiếp ra và thử lại với giá trị 100uF coi có chạy tốt không. Ngoài ra anh có thể gắn thèm con tụ gốm khoảng 0.1uF, 100VDC để lọc nhiều sóng tần số cao.

http://www.dientuvietnam.net/forums/...ies-resistance

[nkcantho]

thanh Ng: Mình dùng tụ hóa học thông thường 100uf/450VDC. Mình sẽ gắn lại tụ 100uF và thử lại. Mình quan sát điện áp trên đầu điện trở shun có xung hình sin dao động tắt dần độ dài khoãng 3 chu kỳ.

[quangdongueh]

tìm đọc thêm các application note của các hãng bán dẫn. đọc nhiều và thật nhiều.