應用於不斷電供電系統之數位信號處理器控制昇壓轉換器及變頻器 的研製

Design and Implementation of DSP-Controlled Boost Converter and Inverter for UPS Applications

蕭東柏(Tung-Po Hsiao)

指導教授 ： 賴炎生

國立臺北科技大學/電資學院/電力電子產業研發碩士專班/碩士(2010年)

https://doi.org/10.6841/NTUT.2010.00561

摘要

本論文旨在研製一以數位信號處理器控制昇壓轉換器及變頻器，前級採用相移式全橋轉換器架構，其轉換器可藉由變壓器一次側漏感與功率開關元件上的寄生電容產生諧振，達到零電壓導通的特性，因而降低功率開關元件上的切換損失，藉此提高轉換器整體效率；輸出級則採用一全橋式變頻器架構，其調變方法採用單電壓極性之正弦脈波寬度調變技術，以利將直流電壓源轉變為負載所需的交流電源，且電壓與電流皆近似於60Hz的交流弦波。
本論文則以TEXAS INSTRUMENTS公司所生產的eZdsp TMS320F2812數位信號處理器作為數位控制平台，且回授控制是以一電壓模式之比例-積分控制器來達成，電壓回授訊號經由內建的12bit A/D暫存器與相移式全橋轉換器之補償器，以得到相移式全橋轉換器所需的工作週期。
實驗結果驗證了電路的分析與設計，且當輸入直流電壓為48V，可使得前級相移式全橋轉換器的輸出電壓穩定在400±5%Vdc，同時經由後級全橋式變頻器將直流電壓轉變為交流電壓110±10%Vac及頻率60±0.5Hz，且整體系統輸出功率滿載600W時的工作效率最高可達到81.47%。

關鍵字

相移式全橋轉換器 ； 零電壓切換 ； 變頻器

並列摘要

This thesis aims to the design and implementation DSP-controlled boost converter and inverter. Zero voltage switching is achieved for phase shift full bridge converter by the leakage inductance of transformer primary side and parasitic capacitance of MOSFET, and thereby thus the switching losses and improving the overall efficiency. The output stage consists of a full bridge inverter which is controlled by the modulation method of uni-polar sinusoidal pulse width modulation technique. The DC-voltage source is converted to a satisfactory AC source; both voltage and current are approximate to sinusoidal wave, 60Hz.
The eZdsp TMS320F2812 digital signal processor, TEXAS INSTRUMENTS, is used as digital control platform. And voltage-mode control is realized by a proportional-integral controller. The feedback voltage fed to DSP via the built-in 12bit A / D registers and compensator of phase shifted full bridge converter give the required duty cycle.
Experimental results verify the circuit analysis and design. When the input DC voltage is 48 volts, the output of phase shifted full bridge converter output voltage can be regulated at 400 ± 5%Vdc. And the full-bridge inverter converts the DC voltage into AC voltage of 110 ± 10%Vac and frequency 60 ± 0.5Hz. The maximum efficiency can reach 81.47% under full load condition, 600 W.

並列關鍵字

Phase-Shift Full-Bridge Converter ； Zero Voltage Switching ； Inverter

參考文獻

[26]吳信昌，具有零電壓切換之相移全橋轉換器的研製，碩士論文，國立台北科技大學電機工程系研究所，台北，2008。

[28]蘇盈豪，相移全橋轉換器之數位控制器的研製，碩士論文，國立台北科技大學電機工程系研究所，台北，2009。

[1]柯嘉閔，單相半橋在線式不斷電系統之研製，碩士論文，國立成功大學電機工程學系研究所，2002，台南。

[2]許信得，具不斷電功能之個人電腦用電源供應器之研製，碩士論文，國立成功大學電機工程學系研究所，2004，台南。

[3]曹俊銘，以FPGA為基礎之不斷電電源系統研製，碩士論文，國立成功大學電機工程學系研究所，2006，台南。