依據表一順向式功率轉換器規格需求，我們選用 EI-40 高頻 隔離變壓器，一次側主功率晶體𝑄1，設 計規格為耐壓 600V 額定電 流 5A。一次側線圈𝑁1採用 2 條線徑粗細為 AWG-26 並繞與重置線圈𝑁3 採用 1 條線徑粗細為 AWG-30，繞線圈數各為 37 圈，計算線徑分別 承受最大 10.51 A/mm2與 1.45 A/mm2。二次側𝑁2(𝑟)，𝑁2(𝑔)與 𝑁2(𝑏)各採用 1 條線徑粗細為 AWG-26，繞線圈數各 37 圈，預計線徑承受最大 8.12 A/mm2。隔離變壓器磁化電感𝐿𝑚為 8.95 mH。二次側輸出電感𝐿(𝑟)，𝐿(𝑔) 與𝐿(𝑏)使用 2 mH，雜散電阻𝑟𝐿(𝑏)，𝑟𝐿(𝑔)與𝑟𝐿(𝑏)為 0.6。 輸出電容𝐶(𝑟)，𝐶(𝑔) 與𝐶(𝑏)選取 220uF/63V。
最小輸入直流電壓𝑣𝑑,𝑚𝑖𝑛 (V) 136V 最大輸入直流電壓𝑣𝑑,𝑚𝑖𝑛 (V) 200V
主開關最大責任週期(duty) 0.48
功率晶體切換頻率(Hz) 40k Hz
二次側輸出電壓(V) *3 48V
二次側輸出電流(A)*3 1.5A
預估轉換效率(%) 85 %
表 3.1 功率轉換器規格需求
介面圖
發光二極體電流
輸出電感電流
實驗使用 RGB 彩色發光二極體負載，採用最新市售彩色舞台燈。彩色 舞台燈內部使用單顆為 9WRGB 三原色彩色功率發光二極體燈珠，
其單顆燈珠電性特性如表三所示。實驗 RGB 彩色發光二極體負載，
採用七顆燈珠串聯，二個舞台燈並聯。依據表三單顆燈珠
表 3.2 9W 單顆 RGB 彩色功率發光二極體電性特性
紅色二極體 綠色二極體 藍色二極體
順向電流(mA) 700 700 700
順向電壓(V) 2.5 3.8 3.6
順向導通電阻() 0.4 1.23 1.23 發光照度(流明 lms) 90 150 36
光波波長(nm) 623 525 465
電性特性，RGB 彩色發光二極體負載，其順向導通電 壓𝑣𝑓(𝑟)，𝑣𝑓(𝑔)與 𝑣𝑓(𝑏)分別為 17.5V，26.6V 與 25.2V。順向導通電阻𝑟𝑜(𝑟)，𝑟𝑜(𝑔)與𝑟𝑜(𝑏)分 別為 1.4，4.3與 4.3。 將上述設計參數代入方程式(2.36),與 (2.37)，我們可得內環路 PI 控制器𝑘𝑖,𝐿(𝑖)與 𝑘𝑝,𝐿(𝑖)參數分別為 3769.9 與 12.57。
外環路前饋控制參數，我們直接採用紅色發光二極體 順向導通電阻 𝑟𝑜(𝑟)其阻抗最低，對三組 RGB 彩色發光二極體輸出電流控制條件最
嚴苛。代入方程式(38)，可 得 參 數𝑘𝑖,𝑜(𝑖) =1945.5，𝑘𝑝,𝑜(𝑖) = −𝑘𝑝𝑓(𝑖) = 2.74。
圖 3.1 為
圖 3.1 順向式 RGB 彩色發光二極體驅動器電流波形
圖 3.2 雙迴路/單迴路控制電流波形
所設計順向式 RGB 彩色發光二極體驅動器，代入 PSIM 軟體模擬
結果。從圖中可知:隨著調控二次側功率開關電晶體𝑄(𝑟), 𝑄(𝑔)與𝑄(𝑏) 不同導通時間，可將一次側開關電晶體𝑄1所載入總能量，分別傳送 至二次側三組獨立降壓電路。一次側開關電晶體𝑄1電流波形隨 二次側 功率開關電晶體變化產生鋸齒狀變化。二次側輸出電感𝐿(𝑟), 𝐿(𝑔)與 𝐿(𝑏)擔任儲能功能。當二次側功率開關電晶體導通時，輸出電感儲存 能量；當二次側功率開關電晶體不導通時，輸出電感透過另一快速 二極體，返馳能量於彩色發光二極體。
圖 3.2(a)為單迴路輸出電感電流控制。依上述設計原理，此迴路 採用簡單 PI 控制器。RGB 三組彩色發光二極體電流命令分別為 1.5A, 1A 與 0.5A。由於輸出端電壓未達發光二極體順向導通電壓時，其輸 出阻抗趨近於無窮大。從圖 3.2(a)中可知: 驅動電路開始急速對輸 出電感傳送能量。當輸出電壓上升至發光二極體順向導通電壓時，
突然間，發光二極體輸出阻抗變小，容易造成發光二極體順向導通 電流超過發光二極體額定電流而損壞發光二極體。圖 3.2(b)採用雙迴路 控制，將不同發光二極體順向導通電壓當成雜訊此時外環路，利用 前饋控制，降低發光二極體順向導通電壓對輸出電流響應。從圖中 可知:雙迴路控制可以避免發光二極體電流輸出產生過電流現象，
但亦增加響應時間。發光二極體輸出響應時間亦跟設定電流與發光二 極體順向輸出阻抗有關。