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

[Thanh Ng]

Mạch điện bị bất ổn định (oscillation) lý do là vì mạch điều khiển cho hàm hồi tiếp đã được chọn lọc dựa trên L = 2.2mH và C = 100uF. Khi đổi C = 0.47uF, mạch sẽ bị daọ động. Bây giờ anh thử lại với C=100uF coi có còn bị dao động không. Nếu còn bị hư thì vẻ lại mạch điện chi tiết và gởi ra để nghiên cứu lại tại sao bị dao động.

[nkcantho]

thang Ng: Mình sẽ thử lại và báo kết quả cho bạn. Hiện tại mình đã chuyển sang mạch ổn định dòng điện. Phần điều khiển chỉ có P thôi chứ ko có I và D. Con Tl494 nó bị đảo 2 ngõ vào so sánh so với cái mạch mô phỏng của bạn vẽ nên mình không thể làm theo sơ đồ của bạn được. Mình đã làm ở mức độ đơn giản nhất là lấy tín hiệu dòng điện khuyếch đại qua opamp và đưa vào ngõ vào so sánh của TL494. Có dao động nhưng chưa bị hư hỏng gì. Mạch đã hoạt động được.

[Thanh Ng]

Nếu anh thấy đổi từ ổn áp sang ổn dòng tôi nghĩ tốt nhất là dùng con PWM IC UC1843 hoặc UC1845. IC này đã được thiết kế cho nguồn xung loại ổn dòng. Hàm hồi tiếp tôi thiết kế là cho mạch ổn áp, là bộ vi tích phân điều khiển bậc 3. Khi dùng ổn dòng, hàm truyền đơn giản hơn và phải chuyển qua dùng bộ điều khiển hàm hồi tiếp bậc 2.

[nkcantho]

Đây là mạch mình đã chuyển từ ổn áp sang ổn dòng. đã thử với igbt25n120(24A max), tải 10A. thời gian chạy 4 giờ. tấm nhôm tản nhiệt igbt hơi nóng, điện trở snubber 56ohm/2w cũng nóng mình sẽ tiếp tục thử 2igbt song song, thay điện trở snubber thàng 56ohm/5w và nâng dòng lên 30A để kiểm tra và báo kết quả cho các bạn. Bạn Thanh Ng xem mạch có vấn đề gì cần điều chỉnh không nhé!

[Thanh Ng]

1) Anh bỏ hệ thống hồi tiếp ổn áp rồi thế vào bằng mạch cảm ứng dòng và định nghĩa đây là mạch ổn dòng tới nghĩ là không đứng. Nguồn Xung Ổn Dòng khá phức tạp sau này có dịp tôi sẽ trình bày về mạch nầy.Tôi có đính kem bài viết của hãng Texas Instrument (TI) về nguồn xung Buck dùng TL494. Tựa đề của nó nói rõ là "Switching Voltage Regulator" là nguồn xung ổn áp khi dùng TL494 IC. Anh coi hình số 35 (Figure 35) rất tương tự như mạch của anh.

2) Anh cần phải gắn lại hệ điều khiển ổn áp. Cứ suy nghĩ một cách đơn giản thôi, nếu không có mạch hồi tiếp ổn áp làm sao anh chỉnh được điện áp tải theo ý muốn ? Hãy coi hình số 36 cửa hàng TI. Về bộ phận hàm hồi tiếp, anh nên đúng hàm hồi tiếp bậc 3 mà tôi đã gởi ra lúc trước (PID #3).

Nếu anh đo mà thấy bị dao động, tôi có thể thiết kế lại và kéo Bode Biên xuống thấp hơn để mạch dễ ổn định.


3) Anh dùng mạch biến cảm dòng đưa về Ốp-Amp, mạch điện đó còn gọi là mạch giảm dòng. Tức có nghĩa là khi dòng đi quá mức đã thiết kế thi đầu ra của op-amp sẽ kéo lên cao và làm cho băm xung thu nhỏ lại. Op-Amp nầy hoạt động như là Op-Amp So Sánh.

Giả sử muốn thiết kế dòng giới hạn là 15A. Con điện trở "Shunt" là 0,1 ohm.
V(-) = 15A*0,1 ohm = 1.5V
VREF = 5V, R1=1K
R2 = R1*(5V/1.5V -1) = 1K*(5/1.5-1) ~ 2.4K

R1, R2 coi hình 35 của tài liệu TI
Nếu sao nầy tăng dòng lên thì cần đổi lại R1, R2

Tôi có viết một vài bài về căn bản nguồn xung và hệ thống điều khiển ổn áp.

https://www.youtube.com/watch?v=_lmmFCp3Li0
https://www.youtube.com/watch?v=BL1ntUBHAwk

[nkcantho]

Thanh Ng
Thiết kế nguồn không phải là sở trường của mình và mình cũng không tìm hiểu sâu về đề tài này. Thật ra mình nghĩ rất đơn giản ở mức độ cơ bản là mạch băm xung khi hồi tiếp là điện áp thì độ rộng xung sẽ điều chỉnh theo điện áp ngõ ra và khi hồi tiếp là tín hiệu dòng điện được biến đã đổi thành điện áp tỉ lệ với dòng điện thì độ rộng xung sẽ điều chỉnh theo dòng điện ngõ ra. Mạch này mình cũng lấy từ mạch ổn áp của tài liệu mà bạn gởi. Ban đầu mình làm mạch ổn áp và bị chết igbt do mình ko có kinh nghiệm về việc tính toán mạch công suất. Sau nhiều lần thất bại với tải là bộ accu mình đã thay đổi quan điểm là phải làm mạch phản hồi dòng điện và mình lấy tín hiệu dòng điện ngõ ra bằng điện trở shunt và khuyếch đại bằng 741 đưa vào chân FB của IC PWM. Kết quả là dòng điện ngõ ra cũng ổn định (ở mức độ đo được bằng ampe kẹp DC) và có thể điều chỉnh được bằng điện áp Vreference. Mình đã tiến hành vài thử nghiệm trong đó có việc off và on tải trong khi mạch đang chạy xem có bị chết igbt hay không. Kết quả đã gần đạt yêu cầu của mình với mạch mà mình gọi là ổn dòng mình gởi. Vấn đề chưa đạt là mình chưa thử được dòng điện 30A với 2igbt song song như kỳ vọng. Mình sẽ tiến hành và thử xem mạch có tải nổi dòng 30A hay không và sẽ báo lại cho các bạn biết. Nếu bạn có thời gian thì bạn giới thiệu một ít về nguồn dòng cho mình hiểu thêm được không??
Chúc tất cả các bạn năm mới nhiều sức khỏe, thành đạt và phát tài!!!!!

[Thanh Ng]

Gần như nguồn xung thiết kế hiện nay đều dùng ổn dòng. Ổn áp phát minh ra khoảng thập niên 70 và bây giờ hơi lỗi thời rồi. Tôi sẽ nói về nguồn xung Buck dùng ổn dòng.

1) Mạch công suất cũng tương tự như anh đang làm. Trong hình mô phỗng tôi dùng FET

2) Hệ điều khiển dùng PWM IC UC3845. UC3845 giới hạn chu kỳ hoạt động < 50%. Mạch hồi tiếp ổn áp phải có để điều khiển điện áp tải ổn định. Mạch hồi tiếp thứ hai là biến cảm dòng xung ngang qua FET và đưa vào chân UC3845-ISENSE. Mạch Rt, Ct sẽ xác định tần số xung. Điện áp ở chân ISENSE sẽ được so sánh với điện áp hồi tiếp từ chân COMP. Kết quả so sánh sẽ đi ra từ còn op-amp COMPARATOR. Ngỏ ra sẽ đưa vào con S-R Flip Flop. UC3845-OUT tạo điện áp xung cho FET. OUT ra 12V là do mạch đa hài OSC. OUT bị cắt xuống 0V là do tín hiệu từ COMPARATOR.

3) Hàm hồi tiếp chỉ dùng con R9 và C5 rất đơn giản. Đây là đặc điểm của ổn dòng. Hàm truyền tạo ra bởi điện trở tãi và tụ điện tãi. Do đó nó chỉ tao bode biên là -20dB. Do đó hàm hồi tiếp chỉ cần PID bậc 2. Tôi có viết về đề tài này trên you-tube.

4) Biến cảm dòng ở chân "Isense" có một đặc tính khác nữa là giảm dòng. Nếu điện áp ở "Isense" quá 1V. Chu kỳ xung sẽ bị cắt và tãi sẽ xụp

Tài liệu chị tiết của con UC3845 từ website www.ti.com

[nkcantho]

Thanh Ng . Mình xin cám ơn bạn rất nhiều về sự nhiệt tình và thán phục bạn về kiến thức trong việc thiết kế mạch nguồn Switching.

Mình cảm thấy mình và bạn đang có 2 tư tưởng khác nhau về ổn dòng. Mình xin trình bày tư tưởng về ổn áp và ổn dòng của mình.

- Một nguồn ổn áp là nguồn có điện ra cố định bất chấp tổng trở tải là lớn hay nhỏ. Ví dụ mình có nguồn ổn áp lý tưởng là 50V. Nếu mình mắc tải là 0.1 ohm hay 100 ohm thì điện áp ra cũng là 50V. Với tải 0.1 ohm thì dòng điện tải là 50/0.1=500A. Nếu tải là 100 ohm thì dòng điện tải là 50/100=2A. Như vậy nguồn ổn áp là nguồn có điện áp cố định và dòng điện thay đổi khi tải thay đổi.

- Một nguồn ổn dòng là nguồn có dòng điện cố định bất chấp tổng trở tải lớn hay nhỏ. Ví dụ mình có nguồn dòng lý tưởng là 30A. Nếu mình mắc tải là 0.1 ohm hay 100 ohm thì dòng điện qua tải cũng là 30A. với tải 0.1 ohm thì điện áp ngõ ra là 30 x 0.1 = 3V. Nếu tải là 100 ohm thì điện áp ngõ ra là 30 x 100 = 3000V. Như vậy nguồn ổn dòng là nguồn có dòng điện cố định và điện áp thay đổi khi tải thay đổi.

- Mình chuyển sang nguồn ổn dòng cho việc sạc accu vì nếu dùng nguồn ổn áp sẽ rất dễ gây quá tải về dòng điện. ví dụ mình có một nguồn ổn áp 50V và một bộ accu điện áp 48V, điện trở trong 0.1 ohm thì dòng điện tải sẽ là (50-48)/0.1=20A. Nếu chênh lệch điện áp giữa nguồn và bộ accu là 1V thì dòng điện sẽ thay đổi 10A. Trong lúc xả accu để kiểm tra thì điện áp sau xả chỉ còn 40V và dòng điện nạp với nguồn ổn áp 50V sẽ là (50-40)/0.1=100A. Đây cũng lầ nhược điểm của các bộ nguồn ổn áp khi nạp lại accu mình đang gặp phải.

- Với bộ nguồn ổn dòng thì bất chấp điện áp và điện trở trong của accu có biến động thế nào dòng điện qua accu vẫn không thay đổi. Mình sẽ dùng một bộ điều khiển khác để đo điện áp nạp và giới hạn điện áp khi accu đã nạp đầy (53V với bộ accu 48V).

- Theo mình hiểu về mạch ổn dòng bạn mới thiết kế bản chất vẫn là nguồn ổn áp có bảo vệ dòng điện. Khi tổng trở tải nhỏ, dòng điện sẽ tăng và nếu dòng điện vượt quá giới hạn mạch sẽ tự động ngắt để bảo vệ phần công suất.

- Trong sơ đồ mạch ở bài số #34 mình gởi thì dòng điện ngõ ra sẽ được đo lường bằng điện trở Shunt và khuyếch đại bằng IC741. Điện áp ngõ ra 741 là 0-2.5V tương đương với dòng điện qua điện trở shunt là 0-30A (thông số điện trở shunt là 60mV/40A sai số 5%). Điện áp ngõ ra của 741 sẽ được đưa vào ngõ vào so sánh 1+ (chân 1) của IC TL494 để so sánh với điện áp reference ở chân ngõ vào so sánh 1- (chân 2) điện trở hồi tiếp R5 và R12 điều chỉnh hệ số khuếch đại của bộ so sánh 1 là 100 (giống với mạch ổng áp trong tài liệu TL494 bạn gởi). Khi dòng điện tăng, điện áp ngõ ra của bộ so sánh 1 cũng tăng và độ rộng xung ngõ ra của TL494 sẽ được điều chỉnh giảm để cân bằng với dòng điện qua điện trở shunt.

- Ở ngõ vào bộ so sánh thứ 2- (chân 15) cùa TL494 mình đặt một điện áp ngưỡng là 2.5V đương đương với dòng điện qua điện trở shunt là 30A. Ngõ vào bộ so sánh 2+ (chân 16) mình nối vào điện áp ra của IC741. Khi dòng điện vượt ngưỡng 30A, điện áp ngõ ra của bộ so sánh thứ 2 sẽ là 5V làm cho độ rộng xung ngõ ra của TL494 giảm xuống 0% để bảo vệ igbt công suất.

- Mình đã thử với các điện trở tải khác nhau ( 5, 10 và 20 ohm) khi đặt một điện áp reference cố định thì dòng điện ngõ ra là cố định. Với tải là bộ accu 60V điện trở trong là 0.1 ohm (tính toán dựa vào điện áp và dòng điện) thì dòng điện qua tải cũng cố định. Khi không có tải điện áp ngõ ra sấp xỉ điện áp nguồn(300V) và khi đóng tải vào thì điện áp sụp xuống đảm bảo dòng điện cố định

- Hôm qua mình đã thử điều chỉnh điện áp reference lên để nâng dòng tải lên đến 12A thì igbt công suất chết ( 1 con igbt 25N120, 25A-1200V). Ở dòng điện 10A igbt chỉ hơi ấm một chút và điện trở snubber cũng không nóng lắm (56 ohm/5w). Hôm nay mình đã tìm được FET công suất công nghiệp PM4550C (50A-600V) mình sẽ thử nâng dòng điện lên đến 30A trong thử nghiệm kế tiếp.

Chúc các bạn một ngày cuối tuần vui vẽ.

[Thanh Ng]

A bây giờ tôi mới hiểu ra là bạn không phải thiết kế nguồn xung ổn áp. Mạch của bạn đang làm là mạch sạc accu và cần dòng ổn định và áp thì biến đổi. Mạch này thì tôi chưa rành lắm. Để có thời gian thì tôi sẽ coi. Khi nâng dòng lên con Diode hoặc FET có thể bị nhiễu sóng ở tần số cao và bị hỏng vì vượt qua điện áp giới hạn của linh kiện. Nên gần thêm một hay hai con Diode song song. Hoặc gắn Snubber RC ngang qua Diode. Nếu có Scope đo thị càng tốt. Nếu thành công rồi có thể tiến thêm bước nữa là thay thế Diode bằng con FET (Synchronous rectifier). Bạn nói không có kiến thức nhiều mà làm được tới đây thì khâm phục thật.

Chức các bạn ngày cuối tuần thoải mái bên gia đình

[nkcantho]

Đến hôm nay, mình đã tìm được linh kiện công suất lớn igbt Mitsubishi M200DY-12H (200A/600V), lõi ferrite cũng rất lớn. và tiến hành thêm vài thí nghiệm.

- Thí nghiệm thứ nhất là với mạch công suất bao gồm igbt 200A/600V, diod xung 60A, cuộn dây (lõi ferite không rõ nguồn gốc (diện tích phần dẫn từ 31x21mm quấn 22 vòng dây điện nhiều ruột 4mm vuông) đo được 2.21mH(với khe hở từ 0.5mm), tần số switching 21KhZ (do igbt có tần số tối đa 25KhZ nên phải chỉnh xuống) sạc bộ accu 64V/300AH- khi tăng dòng sạc lên 15A thì mạch có tiếng rít khá lớn. Khi tăng lên 25A thì xuất hiện 1 tiếng nổ lớn. kết quả là con diod mắc ngược ở đầu để xả dòng điện của cuộn dây khi van mở nổ. hệ quả kèm theo là igbt cũng bị ngắn mạch và phải thay igbt khác.
- Thí nghiệm thứ 2 là igbt 200A/600V, cuộn dây có lõi ghép từ 4 bộ lõi ferrite có diện tích phần dẫn từ 4x(30mmx30mm) quấn bằng dây đồng cách điện nhiều sợi 33vòng, khe hở từ 3mm, đo được điện trở thuần là 45 milihom, điện cảm 2,34mH bằng máy phát tần số 1KHZ), diod xả dòng của cuộn dây sử dụng diod xung 200A/600V của igbt. Kết quả nâng dòng lên 10 đến 25A không có xuất hiện tiếng rít mà xuất hiện tiếng kêu không đều lúc có lúc không (nghi ngờ mạch khiển không ổn định). nếu lấy tay che mạch khiển và mạch nguồn lại thì tiếng kêu có thay đổi (nghi ngờ do nhiễu). Với lần nổ diod của thí nghiệm trước và số kinh phí do phá linh kiện cũng lớn nên không dám mạo hiểm tiếp. Dự tính là sẽ giới hạn dòng điện của mạch ở 15-20A cho nó yên tâm.

- Mình đang định sẽ dùng arduino để lập trình phần đo lường và điều chỉnh điện áp reference để thực hiện chu trình nạp nhưng khi gắn mạch arduino vào thì nhiễu (không biết từ nơi nao) làm cho mạch arduino chạy không ổn định. Nhân tiện có bạn nào đã làm nhiều về mạch công suất cho mình xin vài kinh nghiệm về phần giảm nhiễu trong các mạch xông suất có switching. Mình xin nói rõ là phần nguồn mình dùng biến áp dây quấn 50HZ nắn lọc bằng tụ hóa 100uf rồi qua cuộn cảm (tháo trong nguồn máy tính) rồi qua 7812-7912 sau đó lọc bằng tụ 100uf để có nguồn +/-12V. Mình thấy các bếp điện từ người ta làm để mạch điện sát mâm từ mà không thấy bị nhiễu gì hết.

- Theo lý thuyết tính toán của mấy datasheet ic cung cấp thì con công suất không cần phải to đùng để tải dòng có chưa tới 10% dòng định mức của nó như thế (cái này tự thấy mình thấp kém quá). Mình có đọc một bài viết người ta làm bộ nguồn buck converter công suất đến 30KW (3pha) mà chỉ dùng ignt có 150A cho tải 90A mà thấy mình kém cỏi quá. Có bạn nào đã dùng vi điều khiển để làm phần điều khiển băm xung cho inverter thì xin chỉ giáo cho mình làm thế nào để vi điều khiển đừng treo mình xin cảm ơn rất nhiều.

Mình sẽ vẽ lại toàn bộ mạch và gởi cho các bạn tham khảo khi xong việc.