2006第五屆台灣電力電子研討會 研究成果發表


時間:95年09月08-09日

地點:雲林科技大學


篇論文榮獲2006電力電子研討會優秀論文獎!!

FPGA為基礎之全數位控制多相交錯式D類放大器PWM技術實現

李啟揚、鄒應嶼

摘 要

  本文研製一個以可規劃邏輯閘陣列(FPGA)為基礎之全數位控制交錯半橋式D類放大器,以解決在當開關切換頻率不夠快速下之電壓總諧波失真不佳的問題。所設計的控制器為包含數位補償器、同步取樣控制器及脈寬調變產生器三個子系統的系統。模擬平台採用Simulink軟體結合Modelsim軟體,除了驗證子系統的性能之外,也進行單相及交錯半橋式D類放大器模擬。實驗板使用Altera公司的實驗發展平台Cyclone II Development Kits,搭配軟核處理器NIOS II,可將實驗波形透過RS232傳送回Simulink,以及SPI等串聯介面,進行互動式的實驗。可藉由SPI介面設定控制器的參數,簡化了所設計數位控制器的腳位。本研究所提出之方法,主要在於以最佳控制方式降低高功率(>100W)之D類放大器在低開關頻率(100kHz)的波形失真,模擬結果顯示所提出控制方法之有效性,當脈寬調變波形解析度為10位元且開關切換頻率為100kHz時,且無效時間設定0.5μs,輸入訊號由1kHz至20kHz,滿載輸出電壓總諧波失真均低於1.3%,證明交錯式的架構確可在不提高切換頻率的條件下,可有效降低輸出電壓的總諧波失真。


應用多相交錯式脈寬調變技術於D類功率放大器之研究

林育宗、鄒應嶼

摘 要

  本文使用並聯架構配合交錯式脈寬調變技術於D類功率放大器實現,與具有相同電氣規格之單相D類功率放大器比較下,可使用較低的開關切換頻率實現,並維持相同的輸出電壓總諧波失真(Total Hamonic Distortion, THD)。在本文中分析多相交錯式D類功率放大器輸出電感電流及輸出電壓漣波,並推導數學等效動態模型,設計閉迴路控制器,以達到高頻寬及快速響應之系統要求。本文採用PSIM 及Simulink軟體進行單相及多相交錯式D類放大器模擬比較,其結果驗證分析之正確性。


使用新型單相電流調節技術進行永磁同步馬達之參數鑑別

童建強、鄒應嶼

摘 要

  本文使用一種新型的電流調節技術驅動永磁同步馬達,將永磁馬達操作於單相旋轉模式以達到速度控制以及特性參數鑑別的目的。電流調節技術上僅使用兩組電力開關驅動兩相 (b、c相)繞組帶動馬達旋轉,並且使得另一相繞組(a相)為開路狀態,並加入控制迴路以達到速度控制的目的。參數鑑別上,首先回授開路繞組的電壓訊號經由計算可以得到馬達反抗電動勢訊號。馬達扭矩可以由電流訊號以及反抗電動勢訊號計算得到。最後使用即時遞迴法(RLS)可以線上即時估測得到馬達轉子慣量以及摩擦係數。


弦波型永磁同步馬達無感測轉子位置估測器FPGA實現方法之研究

游哲韋、鄒應嶼

摘 要

  本論文提出以現場可規劃邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)實現以定子磁通估測為基礎之無感測轉子位置演算法,使用Altera Cyclone EPEC12F256 FPGA硬體。電路實現方式採用階層式、模組化的設計方式,降低其複雜度,並以電路並用的概念,降低邏輯閘數量,達到最佳化的目的。此無感測演算法以磁通鏈增量、正規化的反抗電動勢函數以及調整估測反抗電動勢峰值的比重計算轉子角度變化量,其對於因數位化處理的量化誤差,以及回授訊號的雜訊所造的轉子角度估測誤差具有內迴路的自動修正機制。然而,馬達參數的變異,以及回授訊號的不準確仍會導致估測誤差。所設計之數位電路,藉由ModelSim/Simulink/PSIM軟體進行系統整合模擬,可快速驗證所設計之數位電路的功能性。實驗結果驗證了無感測控制方法的可行性與性能。


以場可程式化邏輯陣列實現數位積分比例-相位領先控制器

王翊仲、林育宗、鄒應嶼

摘 要

  本文以場可程式化邏輯陣列(Field Programmable Gateway Array, FPGA)實現數位積分比例-相位領先控制器,探討數位控制器實現的方法與限制。使用Matlab Simulink模擬驗證設計結果並與理想元件的模擬結果比較。


電流模式直流-直流轉換器之電流感測電路設計考量

許智達、張晏銓、鄒應嶼

摘 要

  本文針對使用峰值電流控制之直流-直流轉換器中電流感測電路設計需求加以研究。在電流模式控制之下,若電流感測電路之準確度不足將導致輸出電壓之穩態誤差增加,而感測時間之延遲可能造成相當大的電壓漣波,另外電流迴路的頻寬在穩定度的要求下是受到限制的。本文使用峰值電流控制,並完成電壓迴路補償器設計。轉換器之操作頻率為300 kHz~1 MHz,直流電壓源3 V~5.2 V。考慮電流感測誤差或相位落後之影響,輸出電壓穩態誤差<2%,輸出電壓漣波<20mV,電感與電容大小分別為4.7mH及10mF,負載電流範圍在50mA~450mA。


CMOS直流轉換器的驅動緩衝電路最佳化分析及設計

黃少軍、鄒應嶼

摘 要

  本文主要在探討,輸出較小功率的CMOS直流/直流轉換器,其輸出功率級的驅動緩衝電路。針對其時間延遲、晶體面積和功率散逸影響的效率問題做最佳化的分析。然後運用一個新的緩衝器架構,包含功率開關在0.35μm同一個製程之下,以開關切換頻率500kHz、輸出功率1W左右,期望無效時間低於切換週期的1%、功率損耗低於輸出功率10%之下,儘可能做最佳化設計。


無刷直流主軸馬達之新型無感測啟動控制方

張晏銓、鄒應嶼

摘 要

  本文提出一個無刷直流主軸馬達之新型啟動方法,此方法可在馬達靜止時偵測出馬達轉子初始位置,再以開迴路帶動馬達啟動,直到反抗電動勢大小足以提供無感測演算法正確的估測轉子位置,便可切換到無感測驅動模式。此方法僅需回授直流鏈電流,不需要額外的位置感測器,可降低成本,且其轉子估測方式與馬達參數無關,具有高強健度;。此外,為了驗證此方法之可行性,本文選用一顆數位訊號處理器(TMS320LF2407A)實現所提出的新型啟動控制方法。實驗結果發現,此方法可有效避免啟動時馬達產生反轉的現象,初始位置估測時間約需15ms。


單石CMOS電流模式直流-直流轉換器之合成與模擬

蘇韋吉、林育宗、鄒應嶼

摘 要

  本文利用峰值電感電流偵測之斜率補償與輸出電壓迴授,控制功率級開關晶體,以達到穩定輸出電壓的目的。除了直流對直流轉換器本身之外,電感電流偵測迴路與輸出電壓控制迴路皆以TMSC 0.35mm製程模擬,模擬結果將顯示控制迴路中各個子電路與整體電路之效能,並驗證輸出電壓經由控制後所展現之穩定度。


台灣新竹交通大學電力電子晶片設計與DSP控制實驗室

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Last update: 2006/09/11
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