第四章 模擬驗證
4.2 理想電源
4.2.2 理想電流源
本論文之主要目的在於從事 DSP 及切換式全橋電路以數位變頻控制電動式振動機 之電流弦波試驗，故在實作電路之前，先以 PSIM 作一個簡單之理想電流源模擬電路，
如圖 4.9 所示，觀察其電樞電流、輸出電壓、反應電動式及其所激勵之加速度特性，分 別做了 10Hz、20 Hz、30 Hz、100 Hz、1000 Hz 及 2000 Hz，同頻率又做了無載 (m=0.221kg) 及加載(m=0.532kg)，如圖 4.10 ~圖 4.15 所示，以同樣 1 安培的電樞電流供電，無載在 30Hz 所激勵之加速度約為 200m/s2為最大，以圖 2.10 之HIA增益圖與相位圖所示，知 無載的HIA增益圖在 30Hz 左右有個突波，故所激勵之加速度為最大，如圖 4.12 所示；
同理有載的HIA增益圖在 20Hz 左右有個突波，故有載在 20Hz 所激勵之加速度約為 100m/s2為最大。而到了高頻，HIA之增益圖幾乎維持固定，故所激勵之加速度也就固 定，差別在於無載時的HIA增益圖較有載時的HIA增益圖大，所以激勵之加速度也較大，
由圖 4.10 ~圖 4.15 可知。
圖 4.9 理想電流源 PSIM 模擬電路圖
io
a
ms 50
vo e
/ s2
m / s2
m / s2
m / s2
m / s2
m
(a)
io
a
ms 50
vo e
/ s2
m / s2
m / s2
m / s2
m / s2
m
(b)
圖 4.10 理想電流源 10Hz 模擬波形：(a)無載 (m=0.221kg)；(b)加載(m=0.532kg)
io
a
ms 50
vo e
-200 -100 0 100 200m/ s2
/ s2
m / s2
m / s2
m / s2
m -15V
0 15V -1A 0 1A
(a)
io
a
ms 20
vo
e
/ s2
m / s2
m / s2
m / s2
m / s2
m
(b)
圖 4.11 理想電流源 20Hz 模擬波形：(a)無載 (m=0.221kg)；(b)加載(m=0.532kg)
io
a
ms 20
vo
e
/ s2
m / s2
m / s2
m / s2
m / s2
m
(a)
io
a
ms 20
vo e
-200 -100 0 100 200m/ s2
/ s2
m / s2
m / s2
m / s2
m -15V
0 15V -1A 0 1A
(b)
圖 4.12 理想電流源 30Hz 模擬波形：(a)無載 (m=0.221kg)；(b)加載(m=0.532kg)
io
圖 4.13 理想電流源 100Hz 模擬波形：(a)無載 (m=0.221kg)；(b)加載(m=0.532kg)
io
μs 500
a
vo e
/ s2
m / s2
m / s2
m / s2
m / s2
m
(a)
io
a
μs 500
vo e
/ s2
m / s2
m / s2
m / s2
m / s2
m
(b)
圖 4.14 理想電流源 1000Hz 模擬波形：(a)無載 (m=0.221kg)；(b)加載(m=0.532kg)
io
圖 4.15 理想電流源 2000Hz 模擬波形：(a)無載 (m=0.221kg)；(b)加載(m=0.532kg)
4.3 電流迴授之訊號與參數
在此利用 PSIM 所實現的模擬電路為圖 4.16 所示，其中包含了全橋電路架構、PI 控制器、PWM 電路及空白時間補償控制器(Dead Time Compensator Control)。而在圖 4.16 中模擬的電路是為實現圖 5.1 的控制迴路。
首先由命令電流i 與迴授電流o∗ i 相減，經由 PI 控制器的 P、I 參數的調整，產生不o 錯的vcont訊號送進 PWM 電路，而 PWM 電路中的 TA+、TA-、TB+及 TB-為理想的 PWM 訊號，而為了產生有空白時間(dead time)的 PWM 訊號，必需再使用一個三角波，比原 先的三角波延遲一個空白時間，所產生出來的訊號會比原本理想的 PWM 訊號(TA+、
TA-、TB+及 TB-)延遲一個空白時間，跟原來理想的 PWM 訊號相減，經相減後的訊號 再使用四個比較器，去產生具有空白時間的 PWM 訊號，而所需的空白時間可以由第二 個三角波自由作調整。將具有空白時間的 PWM 訊號送進全橋電路，經由全橋電路的開 關產生VAN、VBN訊號，再將VAN、VBN訊號相減就產生振動機要的V 。而以上所提到的o 訊號，可以參考圖 3.9~圖 3.16，有理想的訊號圖和加上空白時間的訊號圖，二者作比較，
會更了解以上所提到的訊號。
而由於 PSIM 模擬時使用的參數是電力電路實際值，而 DSP 是採用二進位制計算，
兩者的 domain 不同，即不能把電力電路實際值直接在 DSP 上使用。若要以 DSP 作相同 之數位控制，必須要經過 domain 的轉換，所以要先求出電力電路與 DSP 定義之間的轉 換比值，再將模擬參數乘以轉換比值以進行 DSP 數位控制，計算過程說明如下：
(1)k 參數： s
電流迴授採用 Current Sensor (NNC-10GA)感測，規格 100A/4V 繞 10 匝，也就是說 實際的電樞電流為 1 安培，Current Sensor 所量測到的訊號為 0.4 伏特，而本論文將電樞 電流的上限定在正負 3.75 安培，經由 Current Sensor 量到的訊號再加上 ADC 電路將訊 號調在 DSP 所能接受的 0~3 伏特，而在 DSP 中 ADC 為 12bit，所以有 4096 的範圍可以 使用，在程式中使用為有正負號，所以讀到的資料為 2048 ~ -2047，如表 3.1 所示，所 以 1 安培相當於在 DSP 中為 2048/3.75=546.13，而在 DSP 程式中定義 0x7FFF 為+1，
0x8000 為-1 故可得到：
1 ) ( 01667 . 32767 0
13 . 546
ks = = A (3.17)
表 3.1 電樞電流在 DSP 的對應表
電樞電流i o ADC 輸出 A/D 暫存器(DSP)
3.75A 3V 2048 0A 1.5V 0 -3.75A 0V -2047
(2)kpwm參數：
由圖 4.17 觀察，若vcont =1，則經 PWM 開關作用後輸出vo =80；而若vcont =−1， 則經 PWM 開關作用後輸出vo =−80。所以可得：
1) ( 1 80
80 V
v
kpwm = vo = = (3.18)