Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
136
GIẢI PHÁP GIẢ LẬP VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F
TRONG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN LED
Trần Nhật Nam
Đại học Thủy lợi, email: namtn@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Vi điều khiển ngày càng được các nhà
thiết kế sử dụng để làm bộ điều khiển cho
đèn LED do nó rất linh hoạt và tiện dụng, có
thể bổ sung thêm tính năng chỉ bằng cách lập
trình mà không cần phải thêm các linh kiện.
Thêm vào đó, với chi phí rất cạnh tranh của
mình, các họ vi điều khiển đã góp phần làm
giảm giá thành của những sản phẩm ứng
dụng nó. Bên cạnh những ưu điểm như vậy,
việc thiết kế với vi điều khiển gặp phải
những khó khăn nhất định do công việc giả
lập không thể được tiến hành trực tiếp như
những linh kiện đơn giản khác (Op-Amp,
MOSFET...). Báo cáo này sẽ giải quyết vấn
đề giả lập các tính năng điển hình của họ vi
điều khiển PIC18F từ Microchip thông qua
sử dụng bộ điều khiển PID cùng các khối
logic dựng sẵn trong các thư viện chuẩn của
phần mềm OrCAD Capture CIS (hay còn gọi
là PSpice). Kết quả giả lập nhân được
hoàn toàn phù hợp với các tính toán lý thuyết
trước đó.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đèn LED là một sản phẩm bán dẫn mang
tính cách mạng trong công nghiệp chiếu sáng
do có ưu điểm về hiệu suất cũng như tuổi thọ.
Độ sáng của đèn LED tỉ lệ với dòng chảy qua
nó nên việc thiết kế bộ điều khiển thường
định hướng tới loại có dòng không đổi. Trong
các bộ điều khiển khả dụng, loại dựa trên
mạch biến đổi DC-DC Flyback chiếm ưu thế
do có cấu trúc đơn giản và giá thành hạ. Chỉ
cần thiết kế để nó làm việc trong chế độ
không liên tục thì dòng đầu ra chắc chắn sẽ
không đổi. Việc điều khiển quá trình làm việc
của bộ biến đổi DC-DC Flyback được thực
hiện bởi các vi điều khiển PIC18F với ưu
điểm về giá cả, tính năng và sự tiện dụng.
Nhằm khắc phục những khó khăn do không
có sẵn thư viện và mô hình chuẩn cho họ vi
điều khiển trong phần mềm OrCAD Capture
CIS, một số giải pháp được đưa ra. Đầu tiên
một bộ điều khiển dựa trên nền tảng PID
được thiết kế bằng phần mềm Matlab. Tiếp
đó, mô hình này được chuyển tiếp qua
PSpice để thực hiện phần giả lập tổng thể.
LEDs
+5V
AC
uController
(PWM, PID
Counter )
Peak C urren t Detector
ZCD (*) (*) Zero-Current Detecto r
+5V
C1
R2
R1 Rs
Cs
C2
D1
Q1
R3
R4
C3 +
-
R5 R6
D2
D3
D4
C4
C0
R7 Na
Np
Ns
Hình 1. Sơ đồ thiết kế bộ điều khiển đèn LED dựa trên bộ biến đổi DC-DC Flyback.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN : 978-604-82-1710-5
137
Đối tượng điều khiển ở đây là một bộ biến
đổi DC-DC Flyback với mục đích tạo ra điện
áp thứ cấp ổn định là 32 V còn dòng cấp cho
tải (ma trân LED) là 350 mA. Nhằm mục
đích đơn giản hóa thiết kế, mô hình bậc nhất
được sử dụng. Thiết kế được thực hiện với sự
trợ giúp của Matlab/SISOTool/Simulink
nhằm kiểm chứng sự chính xác của kết quả.
Khi chuyển kết quả thiết kế sang PSpice, các
khối Mô hình tương tự được sử dụng để giả
lập các tính năng khác của bộ vi điều khiển.
Kết quả giả lập nhận được thể hiện đúng bản
chất của hoạt động bộ điều khiển đèn LED
với độ chính xác rất cao.
Hình 2. Sơ đồ mạch giả lập trên PSpice.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Kết quả giả lập hoàn toàn phù hợp với tính toán lý thuyết được thực hiện trước đó: Điện áp
đầu ra là 32 VDC và dòng tải là 350 mA.
Hình 3. Điện áp và dòng trên tải.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
138
4. KẾT LUẬN
Những khó khăn gặp phải khi muốn giả
lập các hoạt động của họ vi điều khiển
PIC18F trên PSpice đã được giải quyết triệt
để bằng cách kết hợp những thư viện có sẵn
với bộ điều khiển PID. Từ kết quả này, việc
thiết kế giả lập cho các họ vi điều khiển khác
có thể được thực hiện tương tự.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Jaber Hasan, and Simon S. Ang, “A high-
efficiency Digitally Controlled RGB Driver
for LED pixels,” IEEE Transactions on
Industry Applications, vol. 47, no. 6,
November/December 2011, pg. 2422-2429.
[2] Junming Zhang, Hulong Zeng, and Ting
Jiang, “A Primary-Side Control Scheme for
High-Power-Factor LED Driver With TRIAC
Dimming Capability,” IEEE Transactions on
Power Electronics, Vol. 27, No. 11,
November 2012, pp. 4619-4629.
[3] Junming Zhang, Ting Jiang, Lianghui Xu,
and Xinke Wu, “Primary Side Constant
Power Control Scheme for LED Drivers
Compatible with TRIAC Dimmers, “Journal
of Power Electronics, Vol. 13, No. 4, July
2013, pp. 609-618.
[4] Pedro Pachuca and Rod Burras,
“Microcontroller-based LED drivers:
topologies and trade-offs,” LED Magazine,
October 2005, pp. 24-26.
[5] Simon S. Ang and Alejandro Oliva. “Isolated
Switching Converters,” in Power-Switching
Converters-3rd Edition, CRC Press, 2006,
pp.153-157.
[6] Simon S. Ang and Alejandro Oliva.
“Continuous-Time Modeling of Switching
Converters,” in Power-Switching Converters-
3rd Edition, CRC Press, 2006, pp.253-258.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN : 978-604-82-1710-5