d Pulsewidth Modulator

d Pulsewidth

Modulator

雙半橋式變流器之探討與分析

變流器之功能在於將前級之直流鏈輸出電壓，轉換成與市電相同大 小、相同頻率及相位的交流電壓，以供應負載之交流電源，同時藉由併聯 技術直接可將太陽能發電功率回送至市電；然而，換流器調變中會受前級 直流鏈電壓變動、輸出級非線性負載、及切換元件之非理想特性等因數影 響，故調變後的輸出電壓或電流往往無法追隨參考命令，嚴重影響輸出電 壓之總諧波失真及整機性能；因此必須透過電壓或電流控制迴路來調整，

使變流器能穩定輸出交流電壓。雙半橋式變流器是由兩組半橋式變流器組 成 ， 兩 者 產 生 對 地 反 相 輸 出 電 壓 ， 提 供 AC110V ， 再 以 差 壓 方 式 得 到 AC220V，此硬體設計及控制，相較於三相六開關晶體控制，可簡化硬體 之複雜度及控制之穩定性，以下就以單一半橋式變流器討論之。一般而 言 ， 其 脈 波 寬 度 調 變 可 分 為 單 極 性 切 換 (Unipolar PWM)與 雙 極 性 切 換 (Bipolar PWM)，產生之脈寬調變電壓後，經過LC濾波電路得到基頻正弦 信號。慎選LC之值是必要的，電感L的值決定於電感漣波大小之限制，由 下式決定：

S DC

L Lf

i V

(max) = 4

∆ (6.4)

(max) 2

32 _S

DC

O LCf

v = V

∆ (6.5)

f

LC

= 1 _(6.6)

f

_S

r

_DC

∆i

_L(max)

∆v

O(max)

輸出電壓漣波大小即決定於濾波電容值，直流鏈的最大輸出電壓漣波 決定於開關頻率與LC諧振頻率的比值。一般而言，為了降低LC諧振頻率 對閉迴路動態響應的影響，必需將LC諧振頻率設定高於閉迴路系統的頻 寬，降低諧振頻率對動態響應可能產生的系統震盪。

預測型電流控制器之設計

半橋式變流器多迴路控制方式如圖6.3所示，採用雙迴路控制架構，內 迴路為電流內迴路，它是一種快速作用電流預測之Dead-Beat電流控制器，

使得輸出電壓與參考電壓同相且成正弦波形。外迴路為電壓控制迴路，調 節輸出電壓有效值的誤差，故常加入其有效值補償項進行修正，以應付較 大的整流性負載，補償電壓失真現象，降低輸出電壓之總諧波失真。

半橋式變流器輸出電感Lo的電壓變動量決定其電流的瞬間變動量，假 設開關週期遠小於電流內迴路的時間常數，則電感電壓變動可表示如下：

) 1 ( 2 ) (

2 )

( V d

V d V V

V_L = ^DC − _O ⋅ − _O + ^DC ⋅ −

∆ (6.7)

相對應的開關責任比為

DC O L

V V

d

V

根據上述關係可發展為預測型電流控制器如圖6.4所示，具快速響應及 零穩態誤差之優點，達成高頻寬電流迴路之設計，非常適合DSP的軟體實 現。

dc1

d Dead-beat Current

d Dead-beat Current

d Pulsewidth Modulator

Current Controller

v

d Pulsewidth Modulator

Current Controller

圖 6.4 變流器之預測型電流控制器