主動式電力濾波器硬件制作研究

王寶海

摘 要：該文講述了硬件電路設計方式及軟件規劃，硬件架構包含了電壓型變流器電路、相位控制整流性電路與周邊電路，周邊電路包括：電壓電流感測電路、功率開關驅動電路及弦波轉方波電路；軟件部份則是以數位訊號處理器TMS320F2812微處理器為核心，說明程序規劃與設計流程。該文制作一小型三相轉二相實驗室型仿真系統，包含了并聯型主動式電力濾波器結合Le Blanc接線變壓器及非線性負載，并對硬件電路制作及電路組件加以說明。

關鍵詞：主動式 電力 濾波 硬件 制作 研究

中圖分類號：TN713 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0027-02

1 硬件電路制作

該文的硬件架主要系統電路為：Le Blanc接線變壓器、相位控制整流性電路、并聯型主動式電力濾波器，周邊電路為：電壓、電流感測電路、功率開關驅動電路及弦波轉方波電路；將數位訊號處理器（DSP）所需運算用的電壓電流經過感測電路后，以數位類比轉換比率轉換為電壓后，傳送至DSP，經過計算后產生的脈波寬度調變訊號與門流體觸發訊號，透過光偶合驅動電路與門流體觸發電路送至功率開關半導體進行切換。以下針對上述電路及組件規格做說明。

1.1 數位訊號處理器

數位訊號處理器（Digital signal proc essing，DSP）TMS320F2812作為系統的控制核心，此DSP可使用C語言或是匯編語言，該研究可用C語言來撰寫程序，基本規格如表1所示。

1.2 電壓、電流感測回援電路

該文所使用的電壓感測組件，是采用 LV 25-P作為其偵測組件，用來偵測該文所提之控制法需要的電源端電壓（vm、vt）及直流鏈電壓（Vdc），將待測電壓值轉換成電壓訊號后，再由運算放大器HA17741調整電壓訊號的大小及準位，使其成為數位訊號處理器所能接受的電壓值（0～3V），最后經由ADC埠將類比值轉換成數位值以進行運算。

該文所使用的電流感測組件，是采用 LT100-P作為其偵測組件，用來偵測該文所提之控制法需要的負載端電流（imc、itc）及補償電流（imc、itc），將待測電流值轉換成電壓訊號后，一樣由運算放大器（HA17741）調整電壓訊號的大小及準位，使其成為位訊號處理器所能接受的電壓值（0～3V），最后經由ADC埠將類比值轉換成數位值以進行運算。

2 功率開關組件驅動電路

該文所使用的功率半導體開關組件，必須另外制作其驅動電路，因此所采用的 IC型號為HCPL-3120的光耦合器，主要目的除了輸出隔離觸發信號來驅動功率半導體開關組件的導通與截止外，也可以保護當功率開關組件損壞時，可以隔離控制電路與電了電路，避免控制器的損壞，功率半導體開關組件的光耦合隔離放大驅動電路，將數位訊號處理器之PWM輸出訊號經過光耦合驅動IC輸出至功率半導體開關組件的閘極端。

3 電壓型變流器電路

圖1為該文所使用的并聯型主動式電力濾波器之電路架構，由圖可知為一兩相的半橋架構，輸入交流電壓源（vm、vt）為220V，電路中包含了功率開關組件（M1～M4），直流電容器（C1、C2）及升壓電感（Lmc、Ltc），其組件規格如下。

（1）功率開關半導體：是采用美商IXYS 公司所生產的IGBT開關 IXGH 24N60CD1，內部包含一快速反向二極管，耐壓VCE為 600伏特，耐流IC為48安培。

（2）直流電容器：容量為7200μF，耐壓為400V的直流電容器，目的是供應系統額外的損失并提供變流器一直流電壓，使變流器正常工作并抑制直流波。

（3）升壓電感：容量為12mH，耐流為10A的電感，目的是減緩補償電流的變化率及減少電流諧波流入系統電源端。

4 相位控制整流性電路

該文所使用的相位控制整流性電路，是采用公司所生產的硅控整流器IRKT56 -08作為功率開關組件，其單顆閘流體所能承受最大開路電壓為800V，耐流為60A，閘極觸發電壓（Max.gate voltage required to trigger）為1.7～4V，閘極觸發電流（Max.gate current required to trigger）為80～270mA。

5 弦波轉方波電路

該文所使用的弦波轉方波電路所使用的OPA皆使用IC型號為HA17741所建構完成，分成三部分說明。

（1）電壓隨耦電路：作為緩沖及阻抗匹配用，有高輸入阻抗，低輸出阻抗特性，避免輸入訊號被衰減。

（2）史密特觸發電路：將經過電壓隨耦器之任意波形轉換成方波，并可透過R1與R2的配置，調整所需轉態的數值，以避免該文所需偵測的電壓值（vm、vt）與電流值（imc、itc）在切換開關時所產生的雜訊影響。

（3）零點偵測電路：將史密特觸發電路輸出的正飽和電壓（+15V）與負飽和電壓（-15V）之方波波形，透過零點偵測電路并在其輸出側并聯一3V的基納二極管，來產生一DSP可接受的輸入電壓范圍（0～3V）。

6 閘流體組件驅動電路

由晶體管型號為2N3569、脈沖變壓器與兩顆二極管型號1N4007組成，由于數位訊號處理器驅動負載能力不佳，故使用2N3569將觸發訊號放大來推動脈沖變壓器，使能量能傳至閘流體的閘極端；脈沖變壓器也可隔離控制電路與電力電路，避免控制器的損壞；一次測的二極管是在沒有觸發訊號時使電感電流保持連續并使其降為零，二次測的二極管是用以吸收逆脈沖之功能。

參考文獻

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