Mô phỏng mạch nạp bằng năng lượng mặt trời (hạ áp)

Mô phỏng mạch nạp bằng năng lượng mặt trời (hạ áp)

MỤC LỤC

I TÌM HIỂU 1 SỐ CHỨC NĂNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 1

1 Giới thiệu chung về chức năng tạo xung PWM 1

2 Chức năng sử dụng tạo xung PWM kích mở mosfet 6

2.1 Trong phạm vi đề tài ta sử dụng các thanh ghi sau : 6

2.2 Pwm clock control 8

3 Watchdog timer (FWDT) 11

3 Timer 14

4 Bộ chuyển đổi Analog-to-Digital (ADC) 17

4.1 tổng quan 17

4.2 Các thanh ghi 20

II MẠCH BUCK CONVERTER 27

2.1 Tổng quan mạch buck converter 27

2.2 Tính toán mạch mạch buck Converter 28

2.2.1 Tính toán tụ C 28

2.2.2 Tính toán cuộn cảm L 29

III MÔ PHỎNG MẠCH NẠP ẮC QUY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ( HẠ ÁP ) 30

3.1 Ý tưởng thiết kế 30

3.2 Tổng quan về proteus 30

3.3 Các phần tử sử dụng trong mô phỏng 31

3.4 Mạch nguyên lý 31

IV KẾT LUẬN 44

V TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

I TÌM HIỂU 1 SỐ CHỨC NĂNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN

1 Giới thiệu chung về chức năng tạo xung PWM

MCPWM được sử dụng để tạo ra một dạng sóng xung định kỳ, có ích trong động

cơ và công suất ứng dụng điều khiển Mô-đun MCPWM hoạt động như một bộđếm thời gian để đếm lên đến một giá trị đếm thời gian Khoảng thời gian và chu

kỳ nhiệm vụ của các xung đều có thể lập trình được

Tùy thuộc vào thiết bị, có tối đa hai mô-đun MCPWM, MCPWM1 và MCPWM2,trong dòng thiết bị dsPIC33F / PIC24H

Mô-đun MCPWM1 được sử dụng để tạo ra nhiều điều chế độ rộng xung đượcđồng bộ hóa đầu ra Các ứng dụng điều khiển công suất và động cơ sau đây được

hỗ trợ bởi MCPWM1 module:

- Động cơ cảm ứng điện ba pha (ACIM)

- Động cơ chuyển đổi

- Động cơ không chổi than DC (BLDC)

- Nguồn cung cấp điện liên tục (UPS)

Các tính năng đặc biệt của mô-đun MCPWM1 được tóm tắt dưới đây:

- Tối đa tám đầu ra PWM với bốn bộ tạo chu kỳ nhiệm vụ

- Cơ sở thời gian chuyên dụng hỗ trợ độ phân giải cạnh TNA / 2 PWM

- Thay đổi tần số PWM trực tuyến

- Máy tạo thời gian chết phần cứng

- Cực pin đầu ra được lập trình bởi bit cấu hình thiết bị

Mô-đun MCPWM2 cung cấp một cặp đầu ra PWM bổ sung, rất hữu ích trongcác ứng dụng sau:

- Hiệu chỉnh hệ số công suất độc lập (PFC) trong hệ thống động cơ

- Hệ thống nấu cảm ứng

- Hệ thống điều khiển động cơ hiện tại trực tiếp (DC)

- Điều khiển biến tần một pha

- Điều khiển ACIM một pha

Các thanh ghi sau được sử dụng để kiểm soát hoạt động của MCPWM1 vàMCPWM2 mô-đun :

-PxTCON: Thiết lập điều khiển cơ sở thời gian PWM

Thanh ghi này được sử dụng cho việc lựa chọn chế độ Time Base, bộ đếm thờigian của đồng hồ đầu vào cơ bản,

bộ đếm thời gian đầu ra cơ sở thời gian và để kích hoạt bộ đếm thời gian cơ bản

- PxTMR: Thiết lập cơ sở thời gian PWM

Giá trị đếm thời gian cơ sở và trạng thái chỉ số đếm thời gian cơ sở thu được trongghi danh

-PxTPER: Thời gian cơ sở thời gian PWM

Giá trị cơ sở thời gian PWM được ghi vào thanh ghi này, điều này xác định hoạtđộng của PWM

tần số

-PxSECMP: Thiết lập so sánh sự kiện đặc biệt

Thanh ghi này cung cấp giá trị so sánh mà tại đó chuyển đổi tương tự sang kỹ thuậtsố

được đồng bộ hóa với cơ sở thời gian PWM So sánh có thể là trong quá trình đếmngược hoặc

down-count ở chế độ Center-aligned tùy thuộc vào thiết lập của bit SEVTDIRtrong

ghi danh

-PWMxCON1: Kiểm soát PWM Đăng ký 1

Lựa chọn chế độ độc lập hoặc bổ sung cho mỗi cặp I / O PWM là

được thực hiện trong thanh ghi này

-PWMxCON2: Kiểm soát PWM Đăng ký 2

Thanh ghi này cung cấp các lựa chọn sau:

Lựa chọn giá trị postscaler đầu ra kích hoạt sự kiện đặc biệt PWM

- Cập nhật ngay các thanh ghi chu kỳ nhiệm vụ

- Lựa chọn đồng bộ ghi đè đầu ra với cơ sở thời gian

- Cho phép cập nhật từ chu kỳ nhiệm vụ và thanh ghi bộ đệm thời gian

- PxDTCON1: Thiết lâp kiểm soát thời gian chết 1

Giá trị thời gian chết và bộ đếm thời gian đồng hồ cho Đơn vị thời gian chết A vàĐơn vị thời gian chết

B có thể được chọn bằng cách sử dụng thanh ghi này

- PxDTCON2: Thiết lập kiểm soát thời gian chết 2

Chèn thời gian chết từ Đơn vị thời gian chết A hoặc Đơn vị thời gian chết B chomỗi PWM

đầu ra có thể được lựa chọn bằng cách sử dụng thanh ghi này

-PxFLTACON: Lỗi đăng ký kiểm soát

Thanh ghi này cung cấp các lựa chọn sau:

- Pin đầu ra PWM được điều khiển trên một lỗi bên ngoài - trạng thái hoạt độnghoặc không hoạt động

- Chế độ lỗi - Chế độ chu kỳ theo chu kỳ hoặc chế độ Latched

- Ghim cặp được điều khiển hoặc không được điều khiển bởi đầu vào lỗi A

- PxFLTBCON: Thiết lập kiểm soát lỗi B

Thanh ghi này cung cấp các lựa chọn sau:

- Pin đầu ra PWM được điều khiển trên một lỗi bên ngoài - trạng thái hoạt độnghoặc không hoạt động

- Chế độ lỗi - Chế độ chu kỳ theo chu kỳ hoặc chế độ Latched

- Ghim cặp được điều khiển hoặc không được điều khiển bởi Đầu vào lỗi B

-PxOVDCON: Ghi đè điều khiển đăng ký

Thanh ghi này được sử dụng để kích hoạt tính năng ghi đè đầu ra và điều khiển pinđầu ra PWM

- PxDC4: Chu kỳ nhiệm vụ PWM4

Giá trị chu kỳ nhiệm vụ PWM 16 bit cho cặp đầu ra PWM 4 được ghi vào thanhghi này

- PWMxKEY: Thiết lập mở khóa PWM

Thanh ghi này cho phép người dùng mở khóa PWMxCON1, PxFLTACON vàPxFLTBCON

đăng ký để truy cập ghi

- FPOR: Đăng ký cấu hình thiết bị POR

Ngoài các Đăng ký chức năng đặc biệt (SFR) được kết hợp với mô-đun MCPWM,

ba bit cấu hình thiết bị có thể được sử dụng để thiết lập các trạng thái Reset banđầu và phân cực của các chân I / O PWM Các bit cấu hình thiết bị này nằm trongthanh ghi FPOR

- FOSCSEL: Thiết lập lựa chọn nguồn dao động

Ngoài các SFR được kết hợp với mô-đun MCPWM, một bit cấu hình thiết bị

trong sổ đăng ký này có thể được sử dụng để thiết lập tính năng chống ghi của cấuhình PWM

Chú thích:

Chữ “x” trong tên đăng ký đề cập đến số mô-đun MCPWM

2 Chức năng sử dụng tạo xung PWM kích mở mosfet

2.1 Trong phạm vi đề tài ta sử dụng các thanh ghi sau :

FPOR: Thiết lập cấu hình thiết bị POR

Hình 1.0 Thanh ghi FPOR

bit 23-8

Chưa triển khai: Đọc dưới dạng ' 1 '

bit 7

PWMPIN: Điều khiển động cơ PWM Mô-đun chế độ pin bit

1 = Các chân mô-đun PWM được điều khiển bởi thanh ghi PORT tại thiết bị Reset(tri-nêu) cho đến bit PTEN được đặt

0 = Các chân mô-đun PWM được điều khiển bởi mô đun PWM tại thiết bị Reset

bit 6

HPOL: Điều khiển động cơ PWM bit phân cực cao

1 = MCPWM mô-đun đầu ra cao cấp chân có cực đầu ra hoạt động cao

0 = Các chân đầu ra cao cấp mô-đun MCPWM có cực phân cực đầu ra hoạt độngthấp

bit 5

LPOL: Điều khiển động cơ PWM bit phân cực thấp

1 = MCPWM mô-đun đầu ra phía chân thấp có cực đầu ra hoạt động cao

0 = MCPWM mô-đun đầu ra chân thấp có cực đầu ra hoạt động thấp

bit 4-0

Các bit này không được mô-đun MCPWM sử dụng

FOSCSEL: Thiết lập chọn nguồn dao động :

Hình 1.2 Thanh ghi POCSEL

bit 7

IESO: Không được mô-đun MCPWM sử dụng

bit 6

PWMLOCK: Điều khiển động cơ PWM Mở khóa bit

1 = Đăng ký mô-đun MCPWM, PWMxCON1, PxFLTACON và PxFLTBCON,được bảo vệ chống ghi

0 = Đăng ký mô-đun MCPWM không được bảo vệ chống ghi

2.2 Pwm clock control

Hình 1.3 Sơ đồ Pwm clock control

a) Khi bộ đệm thời gian ở chế độ đếm tự do

Hình 1.4 Bộ đệm thời gian ở chế độ đếm tự do

Tính toán thời gian PWM cho chế độ đếm tự do chạy

Hình 1.6 Bộ đệm ở chế độ đếm lên xuốngTính toán thời gian PWM trong chế độ đếm lên / xuống

(PTMOD = 10 hoặc 11 )

Hình 1.7 Tính toán thời gian PWM trong chế độ đếm lên xuống

3 Watchdog timer (FWDT)

Tần số xung nhịp là 128kHz

prescaler Aand the second prescaler B

Đồng hồ xung nhịp là thanh ghi 8bit, khi giá trị này đạt 255, the watchdog timer

sẽ reset bộ vi điều khiển

Hình 1.8 Chi tiết về prescaler A và second prescaler BThanh ghi FWDT:

Hình 1.9 Thanh ghi FWDT

WDT algorthims:

Hình 1.10 thuật toán WDTCài đặt tốc độ

=> Fosc = 80MHz

Ví dụ phần mềm với clock trong hoặc ngoài :

Hình 1.11 Chương trình cài đặt clock trong và ngoài

3 Timer

Timer type

Type A timer (Timer1)

Type B timer (Timer2, Timer4, Timer6 and Timer8)

Type C timer (Timer3, Timer5, Timer7 and Timer9)

TMRn: 16-bit thanh ghi Timer Count

PRn: 16-bit Timer Period

TnCON: 16-bit Timer Control

Type B and type C timer ghép nối với nhau tạo 32-bit timer

Type C timer có thể dùng làm timer cho A/D

Hình 1.12 Chi tiết về TimerChức năng

Hình 1.13 Các chức năng của thanh ghi

Type timerA :

Có thể hoạt động ở các chế độ không đồng bộ từ đồng hồ ngoài

a 16-bit timer,

a 16-bit synchronous counter, (đếm đồng bộ)

a 16-bit asynchronous counter (đếm không đồng bộ)

Chế độ hoạt động:

- Thanh ghi PRx cài đặt giá trịđếm

- Bộ đếm hoạt động theo sườn lên xung nhịp

- Bộ đếm Reset về 0 khi đạt giá trịđếm ở thanh ghi PRx

- Bit TxIF được đặt lên 1

- Tạo ngắt nếu cho phép

Chế độ đếm không đồng bộ

Tương tự như 16-bit synchronous counter mode, tuy vậy set prescaller lên1:8,64,256

Ở chế độ này, bộ đếm TMR1 sẽ tăng không đồng bộ với clock ngoài mà giảm 8,64,256

4 Bộ chuyển đổi Analog-to-Digital (ADC)

4.1 tổng quan

Mô-đun ADC có thể được cài đặt bởi người dùng để hoạt động như một kênh 10 bit, 4 kênh ADC (đối với các thiết bị chỉ có ADC 10 bit) hoặc một bộ ADC kênh đơn 12 bit (cho các thiết bị có thể lựa chon 10-bit hoặc 12- bit ADC)

Mô-đun ADC dsPIC33F / PIC24H có các tính năng chính sau đây:

- Chuyển đổi SAR

- Tốc độ chuyển đổi lên tới 1,1 Msps

- Lên đến 32 chân đầu vào tương tự

- Chân đầu vào tham chiếu điện áp bên ngoài

- Bốn bộ phân tích mẫu đơn và giữ (S & H) khác biệt đơn cực

- Lấy mẫu đồng thời tối đa bốn chân đầu vào tương tự

- Chế độ quét kênh tự động

- Nguồn kích hoạt chuyển đổi có thể chọn

- Bộ đệm kết quả chuyển đổi tối đa 16 từ

- Hỗ trợ DMA, bao gồm địa chỉ gián tiếp ngoại vi (không khả dụng trên tất cả cácthiết bị)

- Hoạt động trong chế độ ngủ và chế độ chờ của CPU

mô-đun ADC có thể có tối đa 32 chân đầu vào tương tự, được chỉ định AN31 Các đầu vào tương tự này được kết nối bằng bộ ghép kênh đến bốn S & H

AN0-bộ khuếch đại, được chỉ định CH0-CH3 Các AN0-bộ ghép kênh đầu vào tương tự có hai

bộ bit điều khiển, được chỉ định là MUXA (CHySA / CHyNA) và MUXB (CHySB/ CHyNB) Các bit điều khiển này chọn một

đầu vào tương tự cụ thể cho chuyển đổi Các bit điều khiển MUXA và MUXB cóthể lựa chọn cách khác đầu vào tương tự cho chuyển đổi Chuyển đổi vi phân đơncực có thể thực hiện trên tất cả các kênh sử dụng một số chốt đầu vào

Chế độ quét kênh có thể được kích hoạt cho bộ khuếch đại S & H CH0 Bất kỳ tậpcon nào của các đầu vào tương tự (AN0 đến AN31 dựa trên tính khả dụng) có thểđược chọn bởi ứng dụng người dùng Các đầu vào được chọn được chuyển đổitheo thứ tự tăng dần bằng CH0

Mô-đun ADC hỗ trợ lấy mẫu đồng thời bằng nhiều kênh S & H để lấy mẫu

đầu vào cùng một lúc, và sau đó thực hiện chuyển đổi cho mỗi kênh tuần tự Bởimặc định, nhiều kênh được lấy mẫu và được chuyển đổi tuần tự

Đối với các thiết bị có DMA, mô-đun ADC được kết nối với bộ đệm kết quả một

từ Tuy nhiên, nhiều kết quả chuyển đổi có thể được lưu trữ trong bộ đệm RAMDMA mà không có chi phí CPU khi DMA được sử dụng với mô-đun ADC Mỗikết quả chuyển đổi được chuyển đổi thành một trong bốn 16 bit định dạng đầu rakhi nó được đọc từ bộ đệm

Đối với các thiết bị không có DMA, mô đun ADC được kết nối với bộ đệm kết quả

16 từ ADC kết quả có sẵn trong bốn định dạng số khác nhau

Hình 1.14 Sơ đồ khối ADC cho các thiết bị có DMA

Hình 1.15 Sơ đồ khối ADC cho các thiết bị không có DMA

4.2 Các thanh ghi

Mô-đun ADC có mười thanh ghi Điều khiển và Trạng thái Những thanh ghi nàylà:

- ADxCON1: Thanh ghi điều khiển ADCx 1

- ADxCON2: Thanh ghi điều khiển ADCx 2

- ADxCON3: Thiết lập kiểm soát ADCx 3

- ADxCON4: Thanh ghi điều khiển ADCx 4

- ADxCHS123: Chọn thiết lập kênh đầu vào ADCx 1, 2, 3

- ADxCHS0: Thiết lập kênh đầu vào ADCx 0

- AD1CSSH: Quét đầu vào ADC1 Chọn thiết lập ở mức cao

- ADxCSSL: Quét đầu vào ADCx Chọn thiết lập ở mức thấp

- AD1PCFGH: Đăng ký cấu hình cổng ADC1 ở mức cao

- ADxPCFGL: Đăng ký Cấu hình Cổng ADCx ở mức thấp

Các thanh ghi ADxCON1, ADxCON2 và ADxCON3 kiểm soát hoạt động của đun ADC

mô-Sổ đăng ký ADxCON4 thiết lập số lượng kết quả chuyển đổi được lưu trữ trong bộđệm DMA cho mỗi đầu vào tương tự trong chế độ Scatter / Gather cho các thiết bị

có DMA ADxCHS123 và ADxCHS0 đăng ký chọn các chân đầu vào được kết nốivới bộ khuếch đại S & H Các thanh ghi ADCSSH / L chọn đầu vào để quét tuần

tự Thanh ghi ADxPCFGH / L cấu hình đầu vào tương tự như đầu vào tương tựhoặc như I / O kỹ thuật số

Bộ đệm kết quả ADC

Đối với các thiết bị có DMA, mô đun ADC chứa bộ đệm kết quả một từ,ADC1BUF0 Dành cho các thiết bị không có DMA, mô đun ADC chứa RAM dual-port 16 từ, để đệm kết quả

16 vị trí đệm được gọi là ADC1BUF0, ADC1BUF1, ADC1BUF2,….,ADC1BUFE

bit 15

ADON: Chế độ hoạt động ADC bit

1 = mô-đun ADC đang hoạt động

1 = Ngừng hoạt động mô-đun khi thiết bị chuyển sang chế độ Chờ

0 = Tiếp tục hoạt động mô-đun ở chế độ Chờ

bit 12

ADDMABM: Chế độ DMA Buffer Build Mode

1 = Bộ đệm DMA được viết theo thứ tự chuyển đổi Module cung cấp một địa chỉcho DMA kênh giống với địa chỉ được sử dụng cho bộ đệm độc lập không phảiDMA

0 = Bộ đệm DMA được viết ở chế độ Scatter / Gather Module cung cấp địa chỉScatter / Gather kênh DMA, dựa trên chỉ số của đầu vào tương tự và kích thướccủa bộ đệm DMA 11 bit

Chưa triển khai: Đọc dưới dạng '0'

bit 10

AD12B: bit chế độ hoạt động 10 bit hoặc 12 bit

1 = 12-bit, hoạt động 1 kênh ADC

0 = 10-bit, hoạt động ADC 4 kênh

bit 9-8

FROM <1: 0>: Các bit định dạng đầu ra dữ liệu

Đối với hoạt động 10 bit:

11 = Ký phân số (D OUT = sddd dddd dd00 0000, trong đó s = dấu, d = dữ liệu)

10 = Phân số (D OUT = dddd dddd dd00 0000)

01 = Số nguyên đã ký (D OUT = ssss sssd dddd dddd, trong đó s = sign, d = data)

00 = Số nguyên (D OUT = 0000 00dd dddd dddd)

Đối với hoạt động 12 bit:

11 = Ký phân số (D OUT = sddd dddd dddd 0000, trong đó s = dấu, d = dữ liệu)

10 = Phân số (D OUT = dddd dddd dddd 0000)

01 = Số nguyên đã ký (D OUT = ssss sddd dddd dddd, trong đó s = dấu, d = dữliệu)

00 = Số nguyên (D OUT = 0000 dddd dddd dddd)

bit 7-5

SSRC <2: 0>: Nguồn đồng hồ mẫu Chọn bit

111 = Bộ đếm nội bộ kết thúc lấy mẫu và bắt đầu chuyển đổi (tự động chuyển đổi)

010 = GP hẹn giờ (Timer3 cho ADC1, Timer5 cho ADC2) so sánh kết thúc lấy mẫu

và bắt đầu chuyển đổi

001 = Quá trình chuyển đổi hoạt động trên chân INT0 kết thúc lấy mẫu và bắt đầuchuyển đổi

000 = Xóa bit mẫu kết thúc lấy mẫu và bắt đầu chuyển đổi

Khi AD12B = 1, SIMSAM là: U-0, Unimplemented, Đọc thành '0'

1 = Mẫu CH0, CH1, CH2, CH3 đồng thời (khi CHPS <1: 0> = 1x); hoặc là

Các mẫu CH0 và CH1 đồng thời (khi CHPS <1: 0> = 01)

0 = Lấy mẫu nhiều kênh riêng lẻ theo trình tự 2 bit

ASAM: ADC Auto-Start bit

1 = Lấy mẫu bắt đầu ngay lập tức sau lần chuyển đổi cuối cùng SAMP bit được tựđộng thiết lập

0 = Lấy mẫu bắt đầu khi bit SAMP được đặt 1 bit

SAMP: ADC mẫu cho phép bit

1 = Bộ khuếch đại S & H của ADC đang lấy mẫu

0 = Bộ khuếch đại S & H của ADC đang giữ

Nếu ASAM = 0, phần mềm có thể ghi '1' để bắt đầu lấy mẫu Tự động thiết lậpbằng phần cứng nếu ASAM = 1

Nếu SSRC = 000, phần mềm có thể viết '0' để kết thúc lấy mẫu và bắt đầu chuyểnđổi Nếu SSRC ≠ 000, tự động xóa phần cứng để kết thúc lấy mẫu và bắt đầuchuyển đổi

bit 0

DONE: bit trạng thái chuyển đổi ADC

1 = Chu trình chuyển đổi ADC hoàn thành

0 = ADC chuyển đổi không bắt đầu hoặc đang trong quá trình

Tự động thiết lập bằng phần cứng khi chuyển đổi từ analog sang kỹ thuật số hoàntất Phần mềm có thể viết '0' thành xóa trạng thái DONE (phần mềm không đượcphép viết '1') Xóa bit này KHÔNG ảnh hưởng đến bất kỳ thao tác nào trong tiếntrình Tự động xóa phần cứng khi bắt đầu chuyển đổi mới.

Tương tự đối với các thanh ghi ADxCON 2,3,4

ADxCHS0: Thiết lập chọn kênh đầu vào ADCx 0

Hình

bit 15

CH0NB: Kênh 0 Đầu vào âm Chọn cho bit mẫu B

Cùng định nghĩa với bit 7

bit 14-13

Chưa triển khai: Đọc dưới dạng '0'

bit 12-8

CH0SB <4: 0>: Đầu vào tích cực kênh 0 Chọn cho bit B mẫu

Cùng định nghĩa với bit <4: 0>

bit 7

CH0NA: Kênh 0 Đầu vào âm Chọn cho mẫu A bit

1 = Đầu vào âm 0 kênh là AN1

0 = Đầu vào âm 0 kênh là V REFL