同步取樣控制器實現

使用脈寬調變方法的電壓源換流器，在現今電力電子的領域，扮演著極重要的角 色，其已被廣泛應用在電源調整系統如自動電壓調整器(Automatic Voltage Regulator)、

不斷電系統(UPS)、馬達驅動甚至做音頻放大的D類放大器。然而脈寬調變的調變方式 造成輸出電壓、電流具有開關切換頻率的漣波，此高頻的漣波通常是我們不希望出現 的雜訊，故一般的做法是在回授訊號路徑上加低通濾波器，以降低此切換頻率漣波，

然而此種做法有兩個缺點，一來低通濾波器造成了回授訊號的相位延遲外，二來當電 流迴路的頻寬大於開關切換頻率的1/20時，低通濾波器濾掉漣波的效果就不是那麼明顯 了。以本論文為例，要求訊號的頻寬為20kHz，而開關切換頻率為100kHz，所以在輸 出電壓、輸出電流及電感電流的回授，使用低通濾波器來濾除漣波，就不是那麼適合 了。為了避免取樣到訊號的漣波值，造成數位補償器運算的錯誤，一般的做法是在特 定的時機取樣，在漣波為零之處取樣，此時為脈寬調變參考訊號(對稱的參考訊號)的峰 值或是谷值處，此種取樣方式稱為同步取樣機制[30]-[31]。同步取樣時機請參考圖 4.37。除此之外，脈寬調變訊號在控制開關切換的瞬間，會產生很大的電流變化，而為 了避免取樣到這些突波，得到錯誤的資料送入控制器，通常也會採用同步取樣的機制 來控制，數位控制的優點是可以精確的控制AD轉換器的取樣時機，在此我們實現了一 個最多具有六相輸出的同步取樣控制器。

此同步取樣控制器僅可在數位脈寬調變器設定為對稱參考波的模式下使用，當數 位脈寬調變器設為非對稱波模式下是不支援的，可選擇的取樣模式有三種，分別為上 升期間取樣、下降期間取樣或是上升及下降期間均要取樣，若在上升或下降期間取樣 的取樣頻率和脈寬調變波切換的頻率一樣，而在上升及下降期間均要取樣，則取樣頻 率為脈寬調變波切換頻率的兩倍，要改變在SAMP腳位設定即可。另外方塊需使用到的 時脈CLK、重置腳位RST、切換頻率FSW、對稱或非對稱選擇SAYM、使用相數PHAM 以及各相的參考訊號(Reference)等訊號，均由數位脈寬調變產生器提供，使用者不需另 外作設定。考慮市售AD轉換器有active low及active high動作兩種，故控制器亦提供了 兩種輸出模式，腳位AHAL可作選擇。方塊外觀圖如圖4.38。腳位說明如表4.7。

圖4.37 同步取樣時機示意圖

圖4.38 同步取樣控制器方塊符號圖

圖4.39為同步取樣控制器的電路架構圖，此控制器不支援非對稱參考訊號，因此當 數 位 脈 寬 調 變 產 生 器 在 非 對 稱 模 式 下 ， 輸 出 為 高 準 位 ， 經 過 正 反 器 後 送 到 Sync_Register方塊中，若是設定active high的狀態下，最後的輸出會再反相一次變成低 準位輸出，若是在active low的狀態，則輸出仍維持不變，仍在高準位輸出。PHAM腳 位的功能在於，判斷要使用幾個相數，未使用到的相數會直接輸出高準位或低準位，

依照AHAL腳位決定何者輸出。當控制器設定在對稱模式時，就會根據SAMP來選擇何 者的值會被送至sync register，SAMP所控制的多工器共有四個輸入端，00是不支援

的，故當此腳位設定為00時，多工器的輸入為高準位，另外三個工作模式別為01時上 時送出低準位， Ref小於二分之一的FSW時才送出高準位。此控制器模擬波形如圖 4.40。

表 4.7 同步取樣控制器腳位定義

接腳名稱 輸入/出 資料長度 功能說明

AHAL 輸入 1位元 選擇控制器的輸出為active high還是active low 1：Active high，0：Active low

PHAM[2..0] 輸入 3位元 選擇PWM要使用幾個相位輸出

圖4.39 同步取樣控制器電路方塊圖

圖4.40 同步取樣控制器模擬波形圖