第五章 電路實作
5.5 簡化之無電流感測控制實作
VL
vs
is
V 100
A
−10
−11 0 +11
V 300
ms 20
(a)
vo
∧
VL
vs
is
V 100
A
−10
−11 0 +11
V 300
ms 20
(b)
圖 5.12 輸出功率變化從 50%至 100%之實作波形:
(a)理想輸入電壓；(b)失真輸入電壓。
5.5 簡化之無電流感測控制實作
根據圖 3.5 將控制器中 2 個補償迴路忽略，簡化控制器複雜度。圖 5.13 為理想輸入 電壓之穩態波形，圖 5.14 為失真輸入電壓之穩態波形。可發現當輸出功率越高時，總電 流諧波成分大幅度增加。
100V 10A
ms 5 vs
is
(a)
100V 10A
5ms vs
is
(b)
V 100 10A
5ms vs
is
(c)
V 100 A
10
ms 5 vs
is
(d)
圖 5.13 使用簡化無電流感測控制之理想輸入電壓穩態波形:
100V 10A
ms
s 5 v
is
(a)
V 100 A
10
ms
s 5 v
is
(b)
V 100 A
10
ms
s 5 v
is
(c)
V 100 A
10
ms
s 5 v
is
(d)
圖 5.14 使用簡化無電流感測控制之失真輸入電壓穩態波形:
(a)300W;(b)400W;(c)500W;(d)600W。
5.6 諧波規範比較
以下列出各輸出功率下所得電流諧波成分與 A 類和 D 類規範做比較。圖 5.15 為理想 輸入電壓和失真輸入電壓不同輸出功率所得總電流諧波失真THD 。 i
表 5.2 輸出功率 300W 各狀態的量測結果
無電流感測控制 簡化之無電流感測控制 諧波次數 A 類規範
(安培)
D 類規範
(安培) 理想輸入電壓 失真輸入電壓 理想輸入電壓 失真輸入電壓 基本波 X X 2.8992 2.9147 2.9462 3.0295
3 2.300 1.02 0.2057 0.1078 0.5552 0.3767 5 1.140 0.57 0.0337 0.1716 0.1606 0.2729 7 0.770 0.3 0.0161 0.0555 0.0913 0.1374 9 0.400 0.15 0.0110 0.0217 0.0392 0.0460 11 0.330 0.105 0.0099 0.0318 0.0095 0.0184 13 0.210 0.089 0.0067 0.0225 0.0071 0.0119 15 0.150 0.077 0.0036 0.0106 0.0103 0.0056 17 0.132 0.068 0.0038 0.0104 0.0089 0.0183 19 0.118 0.061 0.0029 0.0097 0.0060 0.0211 總電流諧波失真THD i 7.56% 7.00% 19.97% 16.25%
表 5.3 輸出功率 400W 各狀態的量測結果
無電流感測控制 簡化之無電流感測控制 諧波次數 A 類規範
(安培)
D 類規範
(安培) 理想輸入電壓 失真輸入電壓 理想輸入電壓 失真輸入電壓 基本波 X X 3.8468 3.8974 3.9490 4.0478
3 2.300 1.36 0.39.8 0.0897 0.9126 0.7151 5 1.140 0.76 0.0539 0.2428 0.2105 0.3195 7 0.770 0.4 0.0463 0.0845 0.1074 0.1632 9 0.400 0.2 0.0274 0.0137 0.0237 0.0474 11 0.330 0.14 0.0187 0.0485 0.0134 0.0250 13 0.210 0.118 0.0161 0.0364 0.0236 0.0220 15 0.150 0.103 0.0131 0.0137 0.002 0.0199 17 0.132 0.091 0.007 0.0125 0.0111 0.0189 19 0.118 0.81 0.0055 0.0175 0.0042 0.0193 總電流諧波失真THD i 10.20% 7.34% 23.93% 19.87%
表 5.4 輸出功率 500W 各狀態的量測結果
無電流感測控制 簡化之無電流感測控制 諧波次數 A 類規範
(安培)
D 類規範
(安培) 理想輸入電壓 失真輸入電壓 理想輸入電壓 失真輸入電壓 基本波 X X 4.8993 4.9441 5.1443 5.2886
3 2.300 1.7 0.5788 0.3125 1.3999 1.1656 5 1.140 0.95 0.0478 0.3061 0.2276 0.3570 7 0.770 0.5 0.0641 0.1104 0.1190 0.1942 9 0.400 0.25 0.0436 0.0391 0.0117 0.0374 11 0.330 0.175 0.0316 0.0654 0.0435 0.0586 13 0.210 0.148 0.0212 0.0525 0.0441 0.0475 15 0.150 0.128 0.0188 0.0186 0.0306 0.0274 17 0.132 0.113 0.015 0.0060 0.0075 0.0137 19 0.118 0.101 0.0108 0.0195 0.0076 0.0157 總電流諧波失真THD i 12.08% 9.54% 27.74% 23.43%
表 5.5 輸出功率 600W 各狀態的量測結果
無電流感測控制 簡化之無電流感測控制 諧波次數 A 類規範
(安培)
D 類規範
(安培) 理想輸入電壓 失真輸入電壓 理想輸入電壓 失真輸入電壓 基本波 X X 5.9563 6.0693 6.3028 6.5460
3 2.300 2.04 0.9201 0.5962 1.9631 1.7150 5 1.140 1.14 0.0581 0.3597 0.1373 0.3431 7 0.770 0.6 0.1159 0.1456 0.1607 0.2170 9 0.400 0.3 0.0712 0.0537 0.0382 0.0142 11 0.330 0.21 0.0530 0.0788 0.0641 0.0724 13 0.210 0.178 0.0343 0.0513 0.0550 0.0567 15 0.150 0.154 0.0209 0.0136 0.0213 0.0341 17 0.132 0.136 0.0155 0.0077 0.0015 0.0067 19 0.118 0.122 0.009 0.0112 0.0152 0.0080 總電流諧波失真THD i 15.95% 12.23% 31.38% 26.75%
500 600 400
300 8 10 12 14 16
6 (%)iTHD
) Po(W
失真輸入電壓 理想輸入電壓
圖 5.15 無電流感測控制在不同輸出功率所得總電流諧波失真THD : i
由圖 5.15 可發現當輸出功率提高時，無論輸入電壓是否失真，總電流諧波失真皆會 上昇。原因為當輸出功率增加，電路中的參數與輕載時不同，因此控制器對電路中二極 體和開關導通壓降所作補償不足。根據表 5.2~表 5.5 中的諧波成分與 A 類及 D 類規範做 比較，雖然當輸出功率提高後，電流諧波成分逐漸提高，但皆可以滿足 A 類和 D 類的 要求。但若要提高輸出功率，就會使得無法滿足規範，其中觀察表 5.5 中情況 3 的 3 次 諧波，發現快要無法滿足規範。若需要再提高輸出功率，則需使用未簡化的無電流感測 控制器。
第六章 結論
本論文提出一無電流感測控制，用於昇壓型切換式整流器。其中無電流感測控制架 構用 FPGA 作為平台實現。起初將昇壓型切換式整流器模型化，利用時間平均法得到無 電流感測控制方程式再依據所推導方程式繪出無電流感測控制架構。透過電腦模擬軟體 PSIM 模擬和實作驗證無電流感測控制架構。發現即使無論輸入電壓是否失真，輸入電 流仍然可以達到接近弦波電流且同相和輸出電壓調節。
而又再提出簡化之無電流感測控制，用所提出 2 種控制架構分別在 2 種輸入電壓 4 種情況下，進行實作並與諧波規範比較。發現 4 種情況皆可滿足 IEC 61000-3-2 中的 A 類和 D 類的規範。在現今諧波規範下，僅需使用簡化之無電流感測控制即可滿足規範要 求，但未來的諧波規範只會越來越嚴格，到時候就需要使用無電流感測控制來通過更嚴 格的諧波規範。
然而在數位系統有限的解析度，以及不同輸出功率下電路參數有些微不同下。使得 無電流感測控制架構在輕載時，總電流諧波失真較低。隨著輸出功率的提高，總電流諧 波失真也隨之增加。若需改善此問題，若能需要增加一控制方法使得控制器內部參數可 以隨著輸出功率的不同進行調整。
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