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(guī)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(qū)動電路及弦波轉(zhuǎn)方波電路；軟件部份則是以數(shù)位訊號處理器TMS320F2812微處理器為核心，說明程序規(guī)劃與設計流程。該文制作一小型三相轉(zhuǎn)二相實驗室型仿真系統(tǒng)，包含了并聯(lián)型主動式電力濾波器結(jié)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(tǒng)電路為：Le Blanc接線變壓器、相位控制整流性電路、并聯(lián)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(qū)動電路及弦波轉(zhuǎn)方波電路；將數(shù)位訊號處理器（DSP）所需運算用的電壓電流經(jīng)過感測電路后，以數(shù)位類比轉(zhuǎn)換比率轉(zhuǎn)換為電壓后，傳送至DSP，經(jīng)過計算后產(chǎn)生的脈波寬度調(diào)變訊號與門流體觸發(fā)訊號，透過光偶合驅(qū)動電路與門流體觸發(fā)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(guī)格做說明。

1.1 數(shù)位訊號處理器

數(shù)位訊號處理器（Digital signal proc essing，DSP）TMS320F2812作為系統(tǒng)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(guī)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(zhuǎn)換成電壓訊號后，再由運算放大器HA17741調(diào)整電壓訊號的大小及準位，使其成為數(shù)位訊號處理器所能接受的電壓值（0～3V），最后經(jīng)由ADC埠將類比值轉(zhuǎn)換成數(shù)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(zhuǎn)換成電壓訊號后，一樣由運算放大器（HA17741）調(diào)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(jīng)由ADC埠將類比值轉(zhuǎn)換成數(shù)位值以進行運算。

2 功率開關組件驅(qū)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(qū)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(fā)信號來驅(qū)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(qū)動電路，將數(shù)位訊號處理器之PWM輸出訊號經(jīng)過光耦合驅(qū)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(lián)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(guī)格如下。

（1）功率開關半導體：是采用美商IXYS 公司所生產(chǎn)的IGBT開關 IXGH 24N60CD1，內(nèi)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(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)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(fā)電壓（Max.gate voltage required to trigger）為1.7～4V，閘極觸發(fā)電流（Max.gate current required to trigger）為80～270mA。

5 弦波轉(zhuǎn)方波電路

該文所使用的弦波轉(zhuǎn)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(fā)電路：將經(jīng)過電壓隨耦器之任意波形轉(zhuǎn)換成方波，并可透過R1與R2的配置，調(diào)整所需轉(zhuǎn)態(tài)的數(shù)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(chǎn)生的雜訊影響。

（3）零點偵測電路：將史密特觸發(fā)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(cè)并聯(lián)一3V的基納二極管，來產(chǎn)生一DSP可接受的輸入電壓范圍（0～3V）。

6 閘流體組件驅(qū)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(shù)位訊號處理器驅(qū)動負載能力不佳，故使用2N3569將觸發(fā)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(fā)訊號時使電感電流保持連續(xù)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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