第五章 實作電路與結果
5.2 實作電路
太陽能供電之三階層升壓電路實現直流微電網系統控制實作，以 Xilinx 之 Spartan 系列中 XC3S250E 的晶片為實現直流微電網系統控制平台。主要包括了 太陽能電源模擬器、功率級電路、數位類比轉換電路、類比數位轉換電路以及閘
CLK SDATA CONVST SFRM CLK SDATA CONVST SFRM CLK SDATA CONVST SFRM
Gate
FPGA XC3S250E
CLK EN DATA
D/A
PCM56P
MAX121 MAX121 MAX121
圖 5.2 實作電路架構
本論文之主電路採用太陽能電源模擬器作為輸入電源，經由三階層升壓直流 直流轉換器作為整個系統的前級，雙向直流直流轉換器作為後級輸出。採用太陽 能電源為輸入，經過三階層升壓直流直流轉換器後，太陽能電源為最大功率點輸 出，再經由雙向直流直流轉換器穩定直流鏈，穩定輸出於負載端。開關驅動電路 自 FPGA 接收四個開關訊號，進行隔離放大，用以驅動 IGBT 模組。IGBT 模組 為使用Fuji Electric 公司所生產之型號 2MBI100U4A-120。實作電路照片如圖 5.3 所示。而下圖 5.3 為蓄電池組照片，蓄電池之規格參數與表 4.1 相同。
電流回授
圖 5.3 實作電路照片
圖 5.4 蓄電池組照片
5.2.1 太陽能電源模擬器
本論文採用之太陽能電源模擬器為 Chroma 62150H-600S 系列，來進行太陽 能之功率(P)-電壓(V)曲線模擬。太陽能電源模擬器輸出電壓範圍為 0~600V，輸 出電流範圍為 0~25A，具有響應快速之設計以模擬太陽電池的輸出 I-V 曲線，此 可應用於光伏變頻器的最大功率追蹤(MPPT)效能測試。此 62150H-600S/1000S 具有高速 100kHz 的數字化資料擷取連續量測線路及數位濾波機制，及高速 25kHz 的 D/A 控制，可精準地模擬 I-V 曲線。
使用者可簡單地於從前面板按鍵或遠端控制器經由標準的 USB/RS232/
RS485/APG 控制介面與選購的 GPIB& Ethernet 控制介面設定太陽電池 I-V 特性 (Voc/Isc/Vmpp/Impp)後輸出一模擬太陽電池陣列 I-V 曲線予光伏逆變器測試其靜 態 MPPT 效能，太陽能模擬器儀控介面圖如圖 5.5 所示。本文採用之太陽能電源 模擬參數於表 3.2 相同。
圖 5.5 太陽能模擬器儀控介面
5.2.2 閘極驅動電路(Gate driving circuit)
由於 FPGA 控制器之輸出訊號無法直接推動主電路之開關，所以都會在控制 電路與主電路之間設計閘極開關驅動電路，為了使系統更加安全，也會在閘極驅 動電路加入光耦合 IC，使主電路和控制電路之間有隔離，萬一主電路燒毀，也 不會致於影響控制電路，況且主電路的功率量級遠大於控制電路，加裝隔離，也 可以避免能量流入控制電路，以及減少雜訊的干擾。
如圖 5.6 所示，由控制核心 FPGA 輸出的開關訊號連接到閘極驅動電路，用 以驅動主電路中的功率開關。其架構是由一個光偶合 IC TLP250 做為隔離，當輸 入端為高電位，IC 腳位 8 及 6 將會導通，因此透過後級之電路設計可以使 Gate 端以及 Source 端之間產生 12V 的電壓使功率開關導通;而當輸入電壓為低電位 時，IC 腳位 5 及 6 將會導通，因此透過後級之電路設計可以使 Gate 端以及 Source 端之間產生-8.2V 的電壓使功率開關完全截止。
2
3
8
5 6 PWM
Gate
Source
TLP250
220Ω
kΩ 10
Ω 20
V 2 . uF 8
1000 1uF
kΩ 100
圖 5.6 閘極驅動電路
5.2.3 類比數位轉換電路(A/D)
個電壓隨耦器(Voltage follower)。3
5.2.4 數位類比轉換電路(D/A)
數位類比轉換器的功能是能將數位訊號轉換成類比訊號，在實作上，需要觀 測控制器內部訊號現象，所以會需要將數位訊號呈現在示波器上，以方便除錯或 是觀察波形。本文中採用四組數位類比轉換器，所以最多可以同時觀察四組訊號。
數位類比轉換器組成如圖 5.8 所示，所使用的 IC 為 PCM56P，首先由 FPGA 內部的 D/A 模組給予 IC PCM56P 輸出訊號，再經過一個反相放大器將 PCM56P 輸出的±3V放大至±10V 給予示波器觀測。
1
PCM56P
8 3 16
5 6 7
9 10 2 12 11 13 CLK
EN DATA
FPGA
-5V
+5V
Ω k 10
Ω k 33
Ω 100
TL074
圖 5.8 數位類比轉換電路