Giám sát và điều khiển nguồn

1. Nhiệm vụ chính Giám sát và điều khiển nguồn của hệ thống.

2. Đối tượng cần giám sát.Nguồn chung cho cả hệ thống (nguồn cấp 1) và nguồn thành phần trên từng bản mạch (nguồn cấp 2).

3. Giải pháp giám sát và điều khiển :- Với nguồn chung cho hệ thống :

Đây sẽ là nơi cung cấp, phân phối và điều khiển nguồn đến từng board mạch + Giám sát : Thông thường có điện áp DC khá lớn khoảng dưới 30Vvà dòng khoảng trên 10A nên chúng ta sẽ chọn 1 ic High-Side có dải đo phù hợp với dòng và áp này. + Điều khiển nguồn : Chúng ta sẽ sử dụng một MCU để điều khiển và một số con Mosfet làm khóa đóng/mở để cung cấp nguồn cho các boad mạch. Khi công việc giám sát đã hoàn thành, chất lượng nguồn điện đã đạt yêu cầu thì MCU sẽ cấp lệnh để mở các mosfet để cung cấp nguồn tới các thành phần trong hệ thống.Trong một hệ thống không nhất thiêt phải thực hiện cung cấp nguồn cho tất cả các board theo 1 trình tự như thế. Có những bảng mạch không quan trọng thì ta cũng có thể cấp nguồn ngay khi đã có nguồn hệ thông.

- Với nguồn thành phần trên từng board mạch Nguồn đầu vào của các board mạch này chính là nguồn hệ thống. Mặc dù nguồn cấp 1 đã được giám sát rồi nhưng khi vào tới các boad mạch này nguồn cấp 1 vẫn phải được đo một lần nữa để khi có sự cố đứt dây trên đường truyền ta có thể biết chính xác được sự cố xảy ra tại chỗ nào, thuận tiện cho việc sửa chữa. Sau khi được đo một lần nữa thì nguồn hệ thống sẽ tiếp tục đến các con ic ổn áp V78xx. Để cung cấp các điện áp phù hợp với các tải trong board mạch. Việc cấp nguồn (nguồn cấp 2)cho các tải theo một trình tự trên các board mạch này có thể được áp dụng hoặc không, tùy thuộc vào đặc tính cũng như mức độ quan trọng của mạch đó trong hệ thống. Nếu không cần cấp nguồn trình tự thì Nguồn cấp 1 >> IC78xx >>tải . Còn nếu trong các board mạch đó có các loại tải khác nhau, cần cấp nguồn một cách trình tự thì chúng ta lại sử dụng các mosfet để làm khóa đóng mở cấp nguồn : Nguồn cấp 1 >> Mosfet >> V78xx >> tải. Tại các board mạch, nguồn đầu vào sau khi được đo, chất lượng nguồn đạt yêu cầu thì MCU sẽ ra lệnh mở các Mosfet này. Nguồn tại đầu ra của các con ổn áp V78xx chúng ta vẫn sẽ sử dụng các ic chuyên dụng để giám sát dòng và áp.

- Vấn đề tín hiệu ra của quá trình giám sát. Các ic đo dòng và áp ở trong cả hệ thống sẽ được lựa chọn là các ic có đầu ra là I2C nên rất thuận tiện cho việc thu thập kết quả đo. Tín hiệu này sẽ đến các chân i/o của MCU và MCU sẽ thực hiện việc xuất kết quả đo lên màn hình.

- Vấn đề nảy sinh :+ Vấn đề cấp nguồn tuần tự : Với các board cần cấp nguồn trình tự mà không có MCU để điều khiển Mosfet đóng/ mở nguồn thì khi đó ta sẽ dùng các Thyrito để làm

các khóa liên động. Đầu ra của Mosfet này vừa làm nguồn cung cấp cho tải vừa làm đầu vào để kích mở Thyrito cấp nguồn cho mosfet kia hoạt động.+ Vấn đề truyền tín hiệu ra ngoài : Với các Board mạch có MCU thì MCU sẽ trực tiếp nhận dữ liệu từ Bus I2C (Đầu ra của các cảm biến đo dòng , áp) và chuyển đổi tín hiệu, xuất kết quả đo ra ngoài thông qua UART. Với các board mạch không có MCU thì chúng ta lại sử dụng thêm 1 ic có chức năng chuyển đổi I2C to RS232/485. Ví dụ BL233B, SC16IS750……. Khi đã chuyển đổi tín hiệu sang dạng RSxxx thì tín hiệu sẽ được truyền sang 1 board khác có MCU thông qua 1 cáp nối để MCU đó biến đổi và xuất kết quả đo được lên màn hình.

4. Sơ đồ khối dự kiến : - Board mạch thành phần :

Với sơ đồ trên thì trên board mạch của chúng ta sẽ bao gồm 3 nhóm linh kiện :+ Tải.+ Linh kiện công suất : Mosfet, V78xx.+ Linh kiện điều khiển và giám sát: MCU, MUX- phân kênh, IC monitoring.Ở sơ đồ trên thì MCU , IC monitoring, DC/DC1, MUX sẽ được cấp nguồn trước. IC monitoring sẽ đo nguồn hệ thống trước. Nếu nguồn hệ thống tốt thì MCU sẽ gửi tín

hiệu điều khiển mở lần lượt các Mosfet để cấp nguồn cho tải .Khi tải có nguồn thì IC monitoring sẽ giám sát nguồn cấp cho tải. Trên thị trường còn có 1 dòng IC thông minh vừa làm nhiêm vụ chuyển đổi DC/DC vừa làm nhiệm vụ giám sát nguồn vào và nguồn ra của chính nó chuyển đổi. Đó là LT3886. IC này có thể chuyển đổi cùng một lúc 1 điện áp vào tạo thành 2 loại điện áp DC ra. Giá trị của điện áp ra ta có thể cấu hình được. Và việc đóng/mở điện áp ra cung cấp cho tải này IC cũng có thể điều khiển được. 2 nguồn DC ra của nó có dòng là 800mA. Điện áp có thể điều chỉnh được. Nếu sử dụng IC này thì ta k cần phải sử dụng đến các con Mosfet và IC monitoring nữa.Sơ đồ khối :

5. Vấn đề bảo vệ nguồn- Các sự cố về điện trong một hệ thống điện.

Một hệ thống điện sử dụng trực tiếp nguồn điện lưới thường phải đối diện với các sự cố về nguồn tiềm ẩn. Nếu không có các biện pháp bảo vệ thì thiết bị trong hệ thống có thể bị hư hỏng , hệ thống làm việc không ổn định…….Có 9 sự cố thông thường về nguồn :

+ Mất điện đột ngột.+ Giảm áp đột ngột.+ Tăng đột ngột.+ giảm áp kéo dài.+ Tăng áp kéo dài.+ Nhiễu đường dây.+ Biến tần.+ Trượt tần.+ Méo hài.

- Các sự cố thông thường mà chúng ta cần bảo vệ trong mạch.+ Việc quá dòng, quá áp, sụt dòng, sụt áp : Trong board mạch của chúng ta có các ic chuyển đổi điện áp khắc phục được sự cố đó.+ Sự cố cần bảo vệ : Sét đánh, ngắn mạch, mất điện đột ngột.Sét đánh : Trên thị trường có một số sản phẩm, Thiết bị cắt sét thông minh 1 pha chống sét lan truyền, bảo vệ thiết bị điện của chúng ta. Thiết bị này nên được đặt tại nguồn đầu vào của hệ thống. Và tất cả các board của chúng ta cần phải được cách điện thất tốt với vỏ máy, Vỏ máy phải được tiếp đất.Mất điện đột ngột : Sự cố này làm cho thiết bị điện, điện tử ngừng hoạt động đột ngột. Tuổi thọ của thiết bị sẽ suy giảm.Đối với hệ thống có PC, việc thiết bị ngường hoạt động đột ngột sé làm ảnh hưởng đến dữ liệu phần mềm, dữ liệu đang thu thập hoặc đang ghi sẽ bị lỗi. Để khắc phục sự cố này ta cần phải có nguồn dự phòng acquy có dung lượng lớn, phải phân loại được phần nào trong hệ thống (Chạy nguồn DC) luôn luôn phải được cấp điện hoặc phải tắt có trình tự…. Khi đó ta sẽ làm một mạch ATS (Automatic Transfer Switch) để khi có sự cố mất điện, hệ thống sẽ chạy sang nguồn acquy phụ với thời gian chuyển cực ngắn đảm bảo hệ thống không bị gián đoạn. Một ví dụ trong thực tế về ATS đó là hệ thống chuyển nguồn trong laptop. Ban đầu máy tính chạy bằng nguồn sạc. Khi chúng ra rút nguồn này ra thì máy tính sẽ chạy bằng nguồn pin . Thời gian chuyển cực ngắn giúp máy tính vẫn hoạt động bình thường khi chuyển đổi nguồn.Sự cố ngắn mạch : Khi xảy ra sự cố ngắn mạch trong hệ thống điện thì dòng diện sẽ lên rất cao, trong thời gian rất ngắn. Dòng điện cao sẽ phá hủy các linh kiện trong

mạch. Vì thế sự cố này cần phải được quan tâm. Thông thường chúng ta sẽ sử dụng cầu chì hoặc aptomat… để bảo vệ. Thế nhưng với một hệ thống có các phần tử nhạy cảm và dễ bị hư hỏng thì thời gian để aptomat ngắt mạch hoặc thời gian để dây cầu chì đứt quá lâu không thể bảo vệ được các thiết bị trong mạch. Vì thế ta sẽ tìm kiếm 1 giải pháp ngắt tải khỏi nguồn cung cấp thật nhanh khi xảy ra hiện tượng ngắn mạch. Chúng ta sẽ sử dụng các linh kiện bán dẫn : Mosfet. Thyristor …… thề làm việc đóMạch tham khảo :