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    • 专利摘要:
    一種多相鏈結均流控制電路，包含：一電壓命令運算模組，用以接收一輸出電力信號的電壓所對應的數位值，且接收一預期數位參考值，並據以進行運算以得到一電壓控制力；一多相電流命令運算模組，用以接收第一至第m相偵測電壓各自所對應的數位值，並據以進行運算以得到第一至第m電流控制力；一控制力運算模組，用以接收該電壓控制力，及該第一至第m電流控制力，並據以進行運算以得到第一至第m脈波調變信號組來控制一多相電力轉換裝置，m≧3。
    公开号:TW201308821A
    申请号:TW100128890
    申请日:2011-08-12
    公开日:2013-02-16
    发明作者:Guo-Ying Hu；Yi-Hong Chen
    申请人:Univ Nat Taipei Technology；
    IPC主号:Y02E40-00
    专利说明:
    多相鏈結均流控制系統、裝置及電路
    本發明是有關於一種系統、裝置及電路，特別是指一種多相鏈結均流控制系統、裝置及電路。
    於文獻「S.c. Sivakumar,S. Sivakumar and H.P. Tran,”MODELLING AND CONTROL OF INTERLEAVED PARALLEL CONVERTERS WITH NON-IDENTICAL PARAMETERS”IEEE INTELEC’01,pp.266-273,2001」中並無對m相均流技術提出具體實現作法，m≧2，而只揭露一種二相均流技術，用於對輸入電流進行二相平均分流來得到一第一相電流和一第二相電流且分別經由二個電流傳導路徑以傳送至一負載，在此舉一例說明，比如輸入電流為100mA，則第一及第二相電流都是50mA。
    又上述的二相均流技術之缺點為：
    1.安全性低，因為只有二相分流，導致平均分流後的第一及第二相電流較大，容易使該二個電流傳導路徑上的元件燒毀。
    2.導通損失高，從消耗功率P=I2×R(其中，參數I、R分別是該二相電流大小、電流傳導路徑之寄生電阻)，可看出因為該二相電流較大，而使消耗功率較高。
    3.頻率響應低，因為只有二個電流傳導路徑之電感並聯，使並聯後的等效電感值等同單一電感值除以2，依然較高，又頻率響應反比於該等效電感值。
    4.當應用於三相以上的均流控制時，當任一相電流的傳遞路徑發生開路時，其餘各相電流會受影響而無法均流。
    因此，本發明之第一目的，即在提供一種解決上述問題的多相鏈結均流控制系統。
    該多相鏈結均流控制系統，適用於電連接於一外部電源，該外部電源提供的一輸入電力信號，且該多相鏈結均流控制系統包含：一多相電力轉換裝置，電連接於該外部電源以接收來該輸入電力信號，且接收第一至第m相控制信號組，且根據該第一至第m相控制信號組將該輸入電力信號進行多相分流以得到第一至第m相電流，且將該第一至第m相電流加總以得到一輸出電力信號提供到該負載，，並調節該輸出電力信號的電壓，且該電力轉換裝置更將該第一至第m相電流分別轉換成第一至第m相偵測電壓，其中，m≧3；及一多相鏈結均流控制裝置，包括：一偵測電路，電連接於該多相電力轉換裝置以偵測該輸出電力信號的電壓、該第一至第m相偵測電壓，並據以進行類比至數位轉換以得到各自所對應的數位值；一多相鏈結均流控制電路，具有：一電壓命令運算模組，電連接於該偵測電路以接收該輸出電力信號的電壓所對應的數位值，且接收一預期數位參考值，並據以進行運算以得到一電壓控制力，該電壓控制力正比於該預期數位參考值與該輸出電力信號的電壓所對應的數位值之差值；一多相電流命令運算模組，電連接於該偵測電路以接收該第一至第m相偵測電壓各自所對應的數位值，並據以進行運算以得到第一至第m電流控制力，其中，該第k電流控制力相關於該第(k)與第(k+1)相偵測電壓所對應的數位值之差值，1≦k≦(m-1)，且該第m電流控制力則相關於第m與第一相偵測電壓所對應的數位值之差值；及一控制力運算模組，電連接於該電壓命令運算模組以接收該電壓控制力，電連接於該多相電流命令運算模組以接收該第一至第m電流控制力，並據以進行運算以得到第一至第m脈波調變信號組，其中，該第一脈波調變信號組則相關於該電壓控制力加上該第m與第一電流控制力的差值，而該第(k+1)脈波調變信號組分別相關於該電壓控制力加上該第k與第(k+1)電流控制力的差值，1≦k≦m-1；及一驅動電路，電連接於該控制力運算模組以分別接收該第一至第m脈波調變信號組，並據以進行放大來得到該第一至第m相控制信號組。
    本發明之第二目的，即在提供一種解決上述問題的多相鏈結均流控制裝置。
    多相鏈結均流控制裝置，適用於電連接於一多相電力轉換裝置，該多相電力轉換裝置電連接於一提供一輸入電力信號的外部電源以接收該輸入電力信號，且該多相電力轉換裝置受控制將該輸入電力信號進行多相分流以得到第一至第m相電流，並將該第一至第m相電流加總以得到一輸出電力信號，並調節該輸出電力信號的電壓，且該電力轉換裝置更將該第一至第m相電流分別轉換成第一至第m相偵測電壓，其中，m≧3，且該多相鏈結均流控制裝置包含：一偵測電路，電連接於該多相電力轉換裝置以偵測該輸出電力信號的電壓、該第一至第m相偵測電壓，並據以進行類比至數位轉換以得到各自所對應的數位值；一多相鏈結均流控制電路，包括：一電壓命令運算模組，電連接於該偵測電路以接收該輸出電力信號的電壓所對應的數位值，且接收一預期數位參考值，並據以進行運算以得到一電壓控制力，該電壓控制力正比於該預期數位參考值與該該輸出電力信號的電壓所對應的數位值之差值；一多相電流命令運算模組，電連接於該偵測電路以接收該第一至第m相偵測電壓各自所對應的數位值，並據以進行運算以得到第一至第m電流控制力，其中，其中，該第k電流控制力相關於該第(k)與第(k+1)相偵測電壓所對應的數位值之差值，1≦k≦(m-1)，且該第m電流控制力則相關於第m與第一相偵測電壓所對應的數位值之差值；及一控制力運算模組，電連接於該電壓命令運算模組以接收該電壓控制力，電連接於該多相電流命令運算模組以接收該第一至第m電流控制力，並據以進行運算以得到第一至第m脈波調變信號組，其中，該第一脈波調變信號組則相關於該電壓控制力加上該第m與第一電流控制力的差值，而該第(k+1)脈波調變信號組分別相關於該電壓控制力加上該第k與第(k+1)電流控制力的差值，1≦k≦m-1；及一驅動電路，電連接於該控制力運算模組以分別接收該第一至第m脈波調變信號組D1~Dm，並據以進行放大來得到第一至第m相控制信號組，來控制該多相電力轉換裝置。
    本發明之第三目的，即在提供一種解決上述問題的多相鏈結均流控制電路。
    該多相鏈結均流控制電路，應用於一多相鏈結均流控制裝置中，該多相鏈結均流控制裝置電連接於一多相電力轉換裝置並將來自該多相電力轉換裝置的一輸出電力信號的電壓、第一至第m相電流轉換以得到各自所對應的數位值，且該多相鏈結均流控制裝置更根據來自該多相鏈結均流控制電路的第一至第m脈波調變信號組來控制該多相電力轉換裝置，其中，m≧3，且該多相鏈結均流控制電路包含：一電壓命令運算模組，用以接收該輸出電力信號的電壓所對應的數位值，且接收一預期數位參考值，並據以進行運算以得到一電壓控制力，該電壓控制力正比於該預期數位參考值與該該輸出電力信號的電壓所對應的數位值之差值；一多相電流命令運算模組，用以接收該第一至第m相偵測電壓各自所對應的數位值，並據以進行運算以得到第一至第m電流控制力，其中，該第k電流控制力相關於該第(k)與第(k+1)相偵測電壓所對應的數位值之差值，1≦k≦(m-1)，且該第m電流控制力則相關於第m與第一相偵測電壓所對應的數位值之差值；及一控制力運算模組，電連接於該電壓命令運算模組以接收該電壓控制力，電連接於該多相電流命令運算模組以接收該第一至第m電流控制力，並據以進行運算以得到第一至第m脈波調變信號組，其中，該第一脈波調變信號組則相關於該電壓控制力加上該第m與第一電流控制力的差值，而該第(k+1)脈波調變信號組分別相關於該電壓控制力加上該第k與第(k+1)電流控制力的差值，1≦k≦m-1。
    有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
    如圖1所示，本發明多相鏈結均流控制系統2之較佳實施例，包含：一多相電力轉換裝置3，和一多相鏈結均流控制裝置4。
    該多相電力轉換裝置3電連接於一外部電源VS和一負載之間，並接收來自該外部電源VS提供的一輸入電力信號，且接收第一至第m相控制信號組VG1~VGm，且根據該第一至第m相控制信號組VG1~VGm各自的責任導通比，將該輸入電力信號進行多相分流以得到第一至第m相電流，且將該第一至第m相電流加總以得到一輸出電力信號提供到該負載，並調節該輸出電力信號的電壓，且該電力轉換裝置3更將該第一至第m相電流分別轉換成第一至第m相偵測電壓vi1~vim，其中，該第一至第m相偵測電壓vi1~vim分別正比於該第一至第m相電流，且m≧3。且在本實施例中，每一相控制信號組VG1~VGm包含二個互補的控制信號，但不限於此。
    又參閱圖2，該多相電力轉換裝置3包括第一至第m相電流產生器IP1~IPm、第一至第m檢流電阻RS1~RSm及一輸出電容Co。該第一至第m相電流產生器IP1~IPm皆電連接於該外部電源VS以接收該輸入電力信號，且分別接收該第一至第m相控制信號組VG1~VGm，並分別根據該第一至第m相控制信號組VG1~VGm的控制，以將該輸入電力信號分流成該第一至第m相電流i1~im，並進行電壓調節。第一至第m檢流電阻RS1~RSm分別電連接於該第一至第m相電流產生器IP1~IPm以接收該第一至第m相電流i1~im，且皆電連接於該輸出電容Co以加總該第一至第m相電流i1~im而得到該輸出電力信號。
    回到圖1，該多相鏈結均流控制裝置4包括：一偵測電路5、一多相鏈結均流控制電路6，及一驅動電路7。
    <偵測電路>
    該偵測電路5電連接於該多相電力轉換裝置3以偵測該輸出電力信號的電壓vo、該第一至第m相偵測電壓vi1~vim，並據以進行類比至數位轉換以得到各自所對應的數位值VREG、IREG1~IREGm。如圖2所示，該偵測電路5具有：第一及第二電阻R1、R2、m個運算放大器op1~opm，及一信號轉換器。
    該第一電阻R1具有一接收該輸出電力信號的電壓vo的第一端，及一第二端。
    該第二電阻R2具有一電連接於該第一電阻R1之第二端以提供該輸出電力信號的電壓vo之一分壓的第一端，及一接地的第二端。
    該m個運算放大器op1~opm分別接收該第一至第m相偵測電壓vi1~vim，且據以提供m個分別正比於該第一至第m相偵測電壓vi1~vim的信號。
    該信號轉換器51電連接於該m個運算放大器op1~opm以接收該m個信號，電連接於該第一電阻R1的第一端以接收該分壓，並據以將該分壓與該m個信號轉換成各自所對應的數位值VREG、IREG1~IREGm。又該信號轉換器51的詳細作法可參閱論文「多相切換式轉換器之均流控制器之研製」，故不重述。
    <多相鏈結均流控制電路>
    參閱圖1，該多相鏈結均流控制電路6具有：一電壓命令運算模組61、一多相電流命令運算模組62，及一控制力運算模組63。
    該電壓命令運算模組61電連接於該偵測電路5以接收該輸出電力信號的電壓vo所對應的數位值，且接收一預期數位參考值DREF，並據以進行運算以得到一電壓控制力vc，該電壓控制力vc正比於該預期數位參考值DREF與該輸出電力信號的電壓vo所對應的數位值VFEG之差值，且該電壓命令運算模組61具有一電壓減法器vsub，及一電壓控制器VCO。
    該電壓減法器vsub接收該預期數位參考值DREF和該輸出電力信號的電壓vo所對應的數位值VREG，並以該預期數位參考值DREF減去該輸出電力信號的電壓vo所對應的數位值VREG以得到一電壓誤差值ver。
    該電壓控制器VCO電連接於該電壓減法器vsub以接收該電壓誤差值ver，並據以進行比例積分(Proportional-integral,PI)運算以得到該電壓控制力vc。
    該多相電流命令運算模組62電連接於該偵測電路5以接收該第一至第m相偵測電壓vi1~vim各自所對應的數位值，並據以進行運算以得到第一至第m電流控制力vci1~vcim，其中，該第k電流控制力vcik相關於該第(k)與第(k+1)相偵測電壓所對應的數位值之差值，1≦k≦(m-1)，且該第m電流控制力vcim則相關於第m與第一相偵測電壓vi1、vim所對應的數位值之差值，該多相電流命令運算模組62具有：第一至第m電流減法器isub1~isubm，及第一至第m電流控制器IC1~ICm。
    每一電流減法器isub1~isubm具有一第一端、一第二端，及一輸出端，且該第一至第m電流減法器isub1~isubm之第一端分別依序接收該第一至第m相偵測電壓vi1~vim所對應的數位值IREG1~IREGm、該第一至第m電流減法器isub1~isubm之第二端分別依序接收該第二至第m相偵測電壓vi2~vim、第一相偵測電壓vi1所對應的數位值IREG2~IREGm、IREG1，且該第一至第m電流減法器isub1~isubm根據各自以其第一端所接收的數位值減去其第二端所接收的數位值來得到第一至第m電流誤差值ier1~ierm，並從各自的輸出端輸出。
    該第一至第m電流控制器IC1~ICm分別電連接於該第一至第m電流減法器isub1~isubm之輸出端以接收該第一至第m電流誤差值ier1~ierm，並分別據以進行比例積分運算以得到第一至第m電流控制力vci1~vcim。
    該控制力運算模組63電連接於該電壓命令運算模組61以接收該電壓控制力vc，電連接於該多相電流命令運算模組62以接收該第一至第m電流控制力vci1~vcim，並據以進行運算以得到第一至第m脈波調變信號組D1~Dm，其中，該第一脈波調變信號組D1則相關於該電壓控制力vc加上該第m與第一電流控制力vcim、vci1的差值，而該第(k+1)脈波調變信號組Dk分別相關於該電壓控制力vc加上該第k與第(k+1)電流控制力vcik、vci(k+1)的差值，1≦k≦m-1，且該控制力運算模組63具有：第一至第m運算器OC1~OCm，及m個脈波信號產生器PWM。
    每一運算器OC1~OCm具有一第一端、一第二端、一第三端，及一輸出端，且該第一至第m運算器OC1~OCm之第一端皆電連接於該電壓控制器VCO以接收該電壓控制力vc、該第一至第m運算器OC1~OCm之第二端分別依序電連接於該第m電流控制器ICm、該第一至第(m-1)電流控制器IC1~IC(m-1)以接收該第m電流控制力vcim、該第一至第(m-1)電流控制力vci1~vci(m-1)、該第一至第m運算器OC1~OCm之第三端分別依序電連接於該第一至第m電流控制器IC1~ICm以接收該第一至第m電流控制力vci1~vcim，且該第一至第m運算器OC1~OCm各自根據其第一端所接收的控制力加上其第二端所接收的控制力再減去其第三端所接收的控制力，以得到第一至第m運算值vc1~vcm，並從各自的輸出端輸出。
    又第m運算值vcm如式(1)所示：
    vcm
    =vc+vci(m-1)-vci(m)
    =vc+kp×(IREG(m-1)+IREG1-2×IREGm)...式(1)
    其中，參數kp是均流控制器所提供的增益。其它運算值可依此類推。
    該m個脈波信號產生器PWM分別電連接於該第一至第m運算器OC1~OCm之輸出端以接收該第一至第m運算值vc1~vcm，並據以產生第一至第m脈波調變信號組D1~Dm，且該第一、第二至第m脈波調變信號組D1、D2~Dm的相位延遲分別實質上為0、360°×1/m、...、360°×(m-1)/m，且在本實施例中，每一脈波調變信號組D1~Dm包含二個互補的信號，但不限於此，且每一脈波調變信號組D1~Dm的信號之脈波寬度相關於所對應的運算值。由式(1)可看出若第j相電流增加，1≦j≦m，則其所對應數位值IREGj增加，使得第j運算值vcj減少，而使第j脈波調變信號組的信號之脈波寬度跟著改變而將增加的第j相電流變小以維持電流穩定，反之，若第j相電流減少，則其所對應數位值IREGj減少，使得第j運算值vcj增加，而使第j脈波調變信號組的信號之脈波寬度跟著改變而將減少的第j相電流變大以維持電流穩定。
    驅動電路7電連接於該控制力運算模組63的該m個脈波信號產生器PWM以分別接收該第一至第m脈波調變信號組D1~Dm，並據以進行放大來得到該第一至第m相控制信號組VG1~VGm。
    m=3
    若m=3時，如圖3所示，該輸入電力信號的電流大小等同於第一至第三相電流大小的加總，該第一相控制信號組VG1包含二個互補的第一及第二控制信號VS1、VS2，該第二相控制信號組VG2包含二個互補的第三及第四控制信號VS3、VS4，該第三相控制信號組VG3包含二個互補的第五及第六控制信號VS5、VS6。
    <多相電力轉換裝置>
    該多相電力轉換裝置3是一個三相降壓轉換器，且包括：第一至第三相電流產生器IP1~IP3、第一至第三檢流電阻RS1~RS3，及一輸出電容Co。
    該第一至第三相電流產生器IP1~IP3皆電連接於該外部電源VS以接收該輸入電力信號，且分別接收該第一至第三相控制信號組VG1~VG3，並分別根據該第一至第三相控制信號組VG1~VG3的控制，以將該輸入電力信號分流成第一相電流i1、第二相電流i2、第三相電流i3，並進行電壓調節。
    該第一相電流產生器IP1具有一第一開關S1、一第二開關S2，及一第一電感L1。
    該第一開關S1具有一接收該輸入電力信號的第一端、一第二端，及一接收該第一控制信號VS1的控制端，且根據該第一控制信號VS1而使其第一及第二端於導通與不導通之間切換。
    該第二開關S2具有一電連接於該第一開關S1之第二端的第一端、一接地的第二端，及一接收該第二控制信號VS2的控制端，且根據該第二控制信號VS2而使其第一及第二端於導通與不導通之間切換。
    該第一電感L1具有一電連接於該第一開關S1之第一端的第一端，及一提供該第一相電流i1的第二端。
    該第二相電流產生器IP2具有一第三開關S3、一第四開關S4，及一第二電感L2。
    該第三開關S3具有一接收該輸入電力信號的第一端、一第二端，及一接收該第三控制信號VS3的控制端，且根據該第三控制信號VS3而使其第一及第二端於導通與不導通之間切換。
    該第四開關S4具有一電連接於該第三開關S3之第二端的第一端、一接地的第二端，及一接收該第四控制信號VS4的控制端，且根據該第四控制信號VS4而使其第一及第二端於導通與不導通之間切換。
    該第二電感L2具有一電連接於該第三開關S3之第一端的第一端，及一提供該第二相電流i2的第二端。
    該第三相電流產生器IP3具有一第五開關S5、一第六開關S6，及一第三電感L3。
    該第五開關S5具有一接收該輸入電力信號的第一端、一第二端，及一接收該第五控制信號VS5的控制端，且根據該第五控制信號VS5而使其第一及第二端於導通與不導通之間切換。
    該第六開關S6具有一電連接於該第五開關S5之第二端的第一端、一接地的第二端，及一接收該第六控制信號VS6的控制端，且根據該第六控制信號VS6而使其第一及第二端於導通與不導通之間切換。
    該第三電感L3具有一電連接於該第五開關S5之第一端以接收該第三相電流i3的第一端，及一提供該第三相電流i3的第二端。
    又在本實施例中，該第一至第六開關S1~S6皆是一N型金氧半場效電晶體，其第一端是汲極、第二端是源極，控制端是閘極。
    該第一檢測電阻RS1具有一電連接於該第一電感L1的第二端以接收該第一相電流i1的第一端，及一第二端，且其第一及第二端的跨壓作為該第一相偵測電壓vi1。
    該第二檢測電阻RS2具有一電連接於該第二電感L2的第二端以接收該第二相電流i2的第一端，及一第二端，且其第一及第二端的跨壓作為該第二相偵測電壓vi2。
    該第三檢測電阻RS3具有一電連接於該第三電感L3的第二端以接收該第三相電流i3的第一端，及一第二端，且其第一及第二端的跨壓作為該第三相偵測電壓vi3。
    該第一至第三檢測電阻RS1~RS3的第二端電連接在一起以將該第一~第三相電流i1~i3加總成為該輸出電力信號。
    該輸出電容Co電連接於該第一檢測電阻RS1之第二端與地之間，用以儲存能量以應付該負載的耗電量突然變化。
    該偵測電路5的三個運算放大器op1~op3分別具有一反相輸入端(-)及一非反相輸入端(+)。該三個運算放大器op1~op3的反相輸入端(-)分別電連接於該第一至第三檢測電阻RS1~RS3的第二端。該三個運算放大器op1~op3的非反相輸入端(+)分別電連接於該第一至第三檢測電阻RS1~RS3的第一端，且分別接收該第一至第三相偵測電壓vi1~vi3並據以提供三個分別正比於該第一至第三相偵測電壓的信號。
    該第一及第二電阻R1、R2如上所述，故不重述。
    該信號轉換器51電連接於該三個運算放大器op1~op3以接收該三個信號，電連接於該第一電阻R1的第一端以接收該分壓，並據以將該分壓與該三個信號轉換成各自所對應的數位值。
    又第一至第三運算值vc1~vc3分別如下所示：
    vc1
    =vc+vci3-vci1
    =vc+kp×(IREG2+IREG3-2×IREG1)......式(2)
    vc2
    =vc+vci1-vci2
    =vc+kp×(IREG1+IREG3-2×IREG2)......式(3)
    vc3
    =vc+vci2-vci3
    =vc+kp×(IREG2+IREG1-2×IREG3)......式(4)
    由式(2)~(4)可看出，若傳遞第二相電流的路徑開路，則可推得如下：
    vc1=vc+kp×(IREG3-2×IREG1)
    vc2=0
    vc3=vc+kp×(IREG1-2×IREG3)
    由上式可知，若第一相電流增加，因輸入電流不變，則第三相電流減少，使得第一運算值vc1減少而造成第一相電流減少，而第三運算值vc3增加而造成第三相電流增加。因此可知當任一相電流的傳遞路徑發生開路時，其餘各相電流依然能均流。
    <實驗結果>
    如圖4所示，為上述實施例(m=3)操作於輸入電壓=12V、輸入電流=15A下，所得量測結果，由結果可看出各相電流可得均流之情況。
    圖5所示，為上述實施例(m=3)操作於第二相開路時所得之量測結果。其中，參數FAIL_EN代表將該第二相電流產生器IP2去能的控制命令，由結果可知，其餘兩相之電流i1、i3亦可達成均流之目的。
    綜上所述，上述實施例具有以下優點：
    1.安全性高，因為有m相分流(m≧3)，而使平均分流後的第一至第m相電流小於先前技術的第一及第二相電流，可避免電流傳導路徑上的元件燒毀，也可選用耐流規格較低的元件。
    2.導通損失低，因為該第一至第m相電流較小，而使消耗功率較小。
    3.頻率響應高，因為有m個電感並聯後之等效電感值等同單一電感值除以m，遠小於先前技術中的等效電感值。
    4.當任一相電流的傳遞路徑發生開路時，其餘各相電流依然能均流。
    惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
    2．．．多相鏈結均流控制系統
    3．．．多相電力轉換裝置
    IP1~IPm．．．第一至第m相電流產生器
    RS1~RSm．．．第一至第m偵測電阻
    Co．．．輸出電容
    4．．．多相鏈結均流控制裝置
    5．．．偵測電路
    R1、R2．．．第一及第二電阻
    op1~opm．．．運算放大器
    51．．．信號轉換器
    6．．．多相鏈結均流控制電路
    61．．．電壓命令運算模組
    vsub．．．電壓減法器
    VCO．．．電壓控制器
    62．．．多相電流命令運算模組
    isub1~isubm．．．第一至第m電流減法器
    IC1~ICm．．．第一至第m電流控制器
    63．．．控制力運算模組
    OC1~OCm．．．第一至第m運算器
    PWM．．．脈波信號產生器
    7．．．驅動電路
    圖1是本發明多相鏈結均流控制系統之較佳實施例的一架構圖；
    圖2是該較佳實施例的該多相電力轉換裝置及偵測電路的一電路圖；
    圖3是該較佳實施例於m=3時的電路圖；
    圖4是上述實施例(m=3)的第一種量測圖；及
    圖5是上述實施例(m=3)的第二種量測圖。
    2．．．負載
    3．．．多相電力轉換裝置
    4．．．多相鏈結均流控制裝置
    5．．．偵測電路
    6．．．多相鏈結均流控制電路
    61．．．電壓命令運算模組
    62．．．多相電流命令運算模組
    63．．．控制力運算模組
    7．．．驅動電路
    VS．．．外部電源
    VG1~VGm．．．第一至第m相控制信號組
    vi1~vim．．．第一至第m相偵測電壓
    VREG．．．數位值
    IREG1~IREGm．．．數位值
    vo．．．電壓
    D1~Dm．．．第一至第m脈波調變信號組
    DREF．．．預期數位參考值
    vc．．．電壓控制力
    vci1~vci m．．．第一至第m電流控制力
    VCO．．．電壓控制器
    ver．．．電壓誤差值
    vsub．．．電壓減法器
    isub1~isubm．．．第一至第m電流減法器
    ier1~ierm．．．第一至第m電壓誤差值
    IC1~ICm．．．第一至第m電流控制器
    isub1~isubm．．．第一至第m電流減法器
    OC1~OCm．．．第一至第m運算器
    PWM．．．脈波信號產生器
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種多相鏈結均流控制系統，適用於電連接於一外部電源，該外部電源提供的一輸入電力信號，且該多相鏈結均流控制系統包含：一多相電力轉換裝置，電連接於該外部電源以接收來該輸入電力信號，且接收第一至第m相控制信號組V，且根據該第一至第m相控制信號組將該輸入電力信號進行多相分流以得到第一至第m相電流，且將該第一至第m相電流加總以得到一輸出電力信號提供到該負載，，並調節該輸出電力信號的電壓，且該電力轉換裝置更將該第一至第m相電流分別轉換成第一至第m相偵測電壓，其中，m≧3；及一多相鏈結均流控制裝置，包括：一偵測電路，電連接於該多相電力轉換裝置以偵測該輸出電力信號的電壓、該第一至第m相偵測電壓，並據以進行類比至數位轉換以得到各自所對應的數位值；一多相鏈結均流控制電路，具有：一電壓命令運算模組，電連接於該偵測電路以接收該輸出電力信號的電壓所對應的數位值，且接收一預期數位參考值，並據以進行運算以得到一電壓控制力，該電壓控制力正比於該預期數位參考值與該輸出電力信號的電壓所對應的數位值之差值；一多相電流命令運算模組，電連接於該偵測電路以接收該第一至第m相偵測電壓各自所對應的數位值，並據以進行運算以得到第一至第m電流控制力，其中，該第k電流控制力相關於該第(k)與第(k+1)相偵測電壓所對應的數位值之差值，1≦k≦(m-1)，且該第m電流控制力則相關於第m與第一相偵測電壓所對應的數位值之差值；及一控制力運算模組，電連接於該電壓命令運算模組以接收該電壓控制力，電連接於該多相電流命令運算模組以接收該第一至第m電流控制力，並據以進行運算以得到第一至第m脈波調變信號組，其中，該第一脈波調變信號組則相關於該電壓控制力加上該第m與第一電流控制力的差值，而該第(k+1)脈波調變信號組分別相關於該電壓控制力加上該第k與第(k+1)電流控制力的差值，1≦k≦m-1；及一驅動電路，電連接於該控制力運算模組以分別接收該第一至第m脈波調變信號組，並據以進行放大來得到該第一至第m相控制信號組。
    [2] 依據申請專利範圍第1項所述之多相鏈結均流控制系統，其中，該偵測電路包括：一第一電阻，具有一接收該輸出電力信號的電壓的第一端，及一第二端；一第二電阻，具有一電連接於該第一電阻之第二端以提供該輸出電力信號的電壓之一分壓的第一端，及一接地的第二端；m個運算放大器，分別接收該第一至第m相偵測電壓，且據以提供m個分別正比於該第一至第m相偵測電壓的信號；及一信號轉換器，電連接於該m個運算放大器以接收該m個信號，電連接於該第一電阻的第一端以接收該分壓，並據以將該分壓與該m個信號轉換成各自所對應的數位值。
    [3] 依據申請專利範圍第1項所述之多相鏈結均流控制系統，其中，該電壓命令運算模組包括：一電壓減法器，接收該預期數位參考值和該輸出電力信號的電壓所對應的數位值，並以該預期數位參考值減去該輸出電力信號的電壓所對應的數位值以得到一電壓誤差值；及一電壓控制器，電連接於該電壓減法器以接收該電壓誤差值，並據以進行比例積分運算以得到該電壓控制力。
    [4] 依據申請專利範圍第3項所述之多相鏈結均流控制系統，其中，該多相電流命令運算模組包括：第一至第m電流減法器，每一電流減法器具有一第一端、一第二端，及一輸出端，且該第一至第m電流減法器之第一端分別依序接收該第一至第m相偵測電壓vi1~vim所對應的數位值、該第一至第m電流減法器之第二端分別依序接收該第二至第m相偵測電壓、第一相偵測電壓所對應的數位值，且該第一至第m電流減法器根據各自以其第一端所接收的數位值減去其第二端所接收的數位值來得到第一至第m電流誤差值，並從各自的輸出端輸出；及一第一至第m電流控制器，分別電連接於該第一至第m電流減法器之輸出端以接收該第一至第m電流誤差值，並分別據以進行比例積分運算以得到第一至第m電流控制力。
    [5] 依據申請專利範圍第4項所述之多相鏈結均流控制系統，其中，該控制力運算模組包括：第一至第m運算器，每一運算器具有一第一端、一第二端、一第三端，及一輸出端，且該第一至第m運算器之第一端皆電連接於該電壓控制器以接收該電壓控制力、該第一至第m運算器之第二端分別依序電連接於該第m電流控制器、該第一至第(m-1)電流控制器以接收該第m電流控制力、該第一至第(m-1)電流控制力、該第一至第m運算器之第三端分別依序電連接於該第一至第m電流控制器以接收該第一至第m電流控制力，且該第一至第m運算器各自根據其第一端所接收的控制力加上其第二端所接收的控制力再減去其第三端所接收的控制力，以得到第一至第m運算值，並從各自的輸出端輸出；及m個脈波信號產生器，分別電連接於該第一至第m運算器之輸出端以接收該第一至第m運算值，並據以產生第一至第m脈波調變信號組。
    [6] 依據申請專利範圍第1項所述之多相鏈結均流控制系統，其中，該多相電力轉換裝置包括：第一至第m相電流產生器，皆電連接於該外部電源以接收該輸入電力信號，且分別接收該第一至第m相控制信號組，並分別根據該第一至第m相控制信號組的控制，以將該輸入電力信號分流成該第一至第m相電流，並進行電壓調節；一輸出電容；及第一至第m檢流電阻，分別電連接於該第一至第m相電流產生器以接收該第一至第m相電流，且皆電連接於該輸出電容以加總該第一至第m相電流而得到該輸出電力信號。
    [7] 依據申請專利範圍第1項所述之多相鏈結均流控制系統，其中，當m=3時，該多相電力轉換裝置包括：第一至第三相電流產生器，皆電連接於該外部電源以接收該輸入電力信號，且分別接收該第一至第三相控制信號組，並分別根據該第一至第三相控制信號組的控制，以將該輸入電力信號分流成一第一相電流、一第二相電流、一第三相電流，並進行電壓調節。
    [8] 依據申請專利範圍第7項所述之多相鏈結均流控制系統，該第一相控制信號組包含二個互補的第一及第二控制信號，該第二相控制信號組包含二個互補的第三及第四控制信號，該第三相控制信號組包含二個互補的第五及第六控制信號，其中：該第一相電流產生器具有：一第一開關，具有一接收該輸入電力信號的第一端、一第二端，及一接收該第一控制信號的控制端，且根據該第一控制信號而使其第一及第二端於導通與不導通之間切換；一第二開關，具有一電連接於該第一開關之第二端的第一端、一接地的第二端，及一接收該第二控制信號的控制端，且根據該第二控制信號而使其第一及第二端於導通與不導通之間切換；及一第一電感，具有一電連接於該第一開關之第一端的第一端，及一提供該第一相電流i1的第二端；該第二相電流產生器具有：一第三開關，具有一接收該輸入電力信號的第一端、一第二端，及一接收該第三控制信號的控制端，且根據該第三控制信號而使其第一及第二端於導通與不導通之間切換；一第四開關，具有一電連接於該第三開關之第二端的第一端、一接地的第二端，及一接收該第四控制信號的控制端，且根據該第四控制信號而使其第一及第二端於導通與不導通之間切換；及一第二電感，具有一電連接於該第三開關之第一端的第一端，及一提供該第二相電流的第二端；該第三相電流產生器具有：一第五開關，具有一接收該輸入電力信號的第一端、一第二端，及一接收該第五控制信號的控制端，且根據該第五控制信號而使其第一及第二端於導通與不導通之間切換；一第六開關，具有一電連接於該第五開關之第二端的第一端、一接地的第二端，及一接收該第六控制信號的控制端，且根據該第六控制信號而使其第一及第二端於導通與不導通之間切換；一第三電感，具有一電連接於該第五開關之第一端以接收該第三相電流的第一端，及一提供該第三相電流的第二端。
    [9] 依據申請專利範圍第8項所述之多相鏈結均流控制系統，其中，該第一至第六開關皆是一N型金氧半場效電晶體，且其第一端是汲極、第二端是源極，控制端是閘極。
    [10] 依據申請專利範圍第8項所述之多相鏈結均流控制系統，其中，該多相電力轉換裝置更包括：一第一檢測電阻，具有一電連接於該第一電感的第二端以接收該第一相電流的第一端，及一第二端，且其第一及第二端的跨壓作為該第一相偵測電壓；一第二檢測電阻，具有一電連接於該第二電感的第二端以接收該第二相電流的第一端，及一第二端，且其第一及第二端的跨壓作為該第二相偵測電壓；一第三檢測電阻，具有一電連接於該第三電感的第二端以接收該第三相電流的第一端，及一第二端，且其第一及第二端的跨壓作為該第三相偵測電壓；一輸出電容，電連接於該第一檢測電阻之第二端與地之間；且該第一至第三檢測電阻的第二端電連接在一起以將該第一~第三相電流加總成為該輸出電力信號。
    [11] 依據申請專利範圍第10項所述之多相鏈結均流控制系統，其中，該偵測電路具有：三個運算放大器，分別具有一反相輸入端及一非反相輸入端，且該三個運算放大器的反相輸入端分別電連接於該第一至第三檢測電阻的第二端，該三個運算放大器的非反相輸入端分別電連接於該第一至第三檢測電阻的第一端，且分別接收該第一至第三相偵測電壓並據以提供三個分別正比於該第一至第三相偵測電壓的信號；一第一電阻，具有一接收該輸出電力信號的電壓的第一端，及一第二端；一第二電阻，具有一電連接於該第一電阻之第二端以提供該輸出電力信號的電壓之一分壓的第一端，及一接地的第二端；及一信號轉換器，電連接於該三個運算放大器以接收該三個信號，電連接於該第一電阻的第一端以接收該分壓，並據以將該分壓與該三個信號轉換成各自所對應的數位值。
    [12] 一種多相鏈結均流控制裝置，適用於電連接於一多相電力轉換裝置，該多相電力轉換裝置電連接於一提供一輸入電力信號的外部電源以接收該輸入電力信號，且該多相電力轉換裝置受控制將該輸入電力信號進行多相分流以得到第一至第m相電流，並將該第一至第m相電流加總以得到一輸出電力信號，並調節該輸出電力信號的電壓，且該電力轉換裝置更將該第一至第m相電流分別轉換成第一至第m相偵測電壓，其中，m≧3，且該多相鏈結均流控制裝置包含：一偵測電路，電連接於該多相電力轉換裝置以偵測該輸出電力信號的電壓、該第一至第m相偵測電壓，並據以進行類比至數位轉換以得到各自所對應的數位值；一多相鏈結均流控制電路，包括：一電壓命令運算模組，電連接於該偵測電路以接收該輸出電力信號的電壓所對應的數位值，且接收一預期數位參考值，並據以進行運算以得到一電壓控制力，該電壓控制力正比於該預期數位參考值與該該輸出電力信號的電壓所對應的數位值之差值；一多相電流命令運算模組，電連接於該偵測電路以接收該第一至第m相偵測電壓各自所對應的數位值，並據以進行運算以得到第一至第m電流控制力，其中，其中，該第k電流控制力相關於該第(k)與第(k+1)相偵測電壓所對應的數位值之差值，1≦k≦(m-1)，且該第m電流控制力則相關於第m與第一相偵測電壓所對應的數位值之差值；及一控制力運算模組，電連接於該電壓命令運算模組以接收該電壓控制力，電連接於該多相電流命令運算模組以接收該第一至第m電流控制力，並據以進行運算以得到第一至第m脈波調變信號組，其中，該第一脈波調變信號組則相關於該電壓控制力加上該第m與第一電流控制力的差值，而該第(k+1)脈波調變信號組分別相關於該電壓控制力加上該第k與第(k+1)電流控制力的差值，1≦k≦m-1；及一驅動電路，電連接於該控制力運算模組以分別接收該第一至第m脈波調變信號組D1~Dm，並據以進行放大來得到第一至第m相控制信號組，來控制該多相電力轉換裝置。
    [13] 依據申請專利範圍第12項所述之多相鏈結均流控制裝置，其中，該偵測電路包括：一第一電阻，具有一接收該輸出電力信號的電壓的第一端，及一第二端；一第二電阻，具有一電連接於該第一電阻之第二端以提供該輸出電力信號的電壓之一分壓的第一端，及一接地的第二端；m個運算放大器，分別接收該第一至第m相偵測電壓，且據以提供m個分別正比於該第一至第m相偵測電壓的信號；及一信號轉換器，電連接於該m個運算放大器以接收該m個信號，電連接於該第一電阻的第一端以接收該分壓，並據以將該分壓與該m個信號轉換成各自所對應的數位值。
    [14] 依據申請專利範圍第12項所述之多相鏈結均流控制裝置，其中，該電壓命令運算模組包括：一電壓減法器，接收該預期數位參考值和該輸出電力信號的電壓所對應的數位值，並以該預期數位參考值減去該輸出電力信號的電壓所對應的數位值以得到一電壓誤差值；及一電壓控制器，電連接於該電壓減法器以接收該電壓誤差值，並據以進行比例積分運算以得到該電壓控制力。
    [15] 依據申請專利範圍第14項所述之多相鏈結均流控制裝置，其中，該多相電流命令運算模組包括：第一至第m電流減法器，每一電流減法器具有一第一端、一第二端，及一輸出端，且該第一至第m電流減法器之第一端分別依序接收該第一至第m相偵測電壓vi1~vim所對應的數位值、該第一至第m電流減法器之第二端分別依序接收該第二至第m相偵測電壓、第一相偵測電壓所對應的數位值，且該第一至第m電流減法器根據各自以其第一端所接收的數位值減去其第二端所接收的數位值來得到第一至第m電流誤差值，並從各自的輸出端輸出；及一第一至第m電流控制器，分別電連接於該第一至第m電流減法器之輸出端以接收該第一至第m電流誤差值，並分別據以進行比例積分運算以得到第一至第m電流控制力。
    [16] 依據申請專利範圍第15項所述之多相鏈結均流控制裝置，其中，該控制力運算模組包括：第一至第m運算器，每一運算器具有一第一端、一第二端、一第三端，及一輸出端，且該第一至第m運算器之第一端皆電連接於該電壓控制器以接收該電壓控制力、該第一至第m運算器之第二端分別依序電連接於該第m電流控制器、該第一至第(m-1)電流控制器以接收該第m電流控制力、該第一至第(m-1)電流控制力、該第一至第m運算器之第三端分別依序電連接於該第一至第m電流控制器以接收該第一至第m電流控制力，且該第一至第m運算器各自根據其第一端所接收的控制力加上其第二端所接收的控制力再減去其第三端所接收的控制力，以得到第一至第m運算值，並從各自的輸出端輸出；及m個脈波信號產生器，分別電連接於該第一至第m運算器之輸出端以接收該第一至第m運算值，並據以產生該第一至第m脈波調變信號組。
    [17] 一種多相鏈結均流控制電路，應用於一多相鏈結均流控制裝置中，該多相鏈結均流控制裝置電連接於一多相電力轉換裝置並將來自該多相電力轉換裝置的一輸出電力信號的電壓、第一至第m相電流轉換以得到各自所對應的數位值，且該多相鏈結均流控制裝置更根據來自該多相鏈結均流控制電路的第一至第m脈波調變信號組來控制該多相電力轉換裝置，其中，m≧3，且該多相鏈結均流控制電路包含：一電壓命令運算模組，用以接收該輸出電力信號的電壓所對應的數位值，且接收一預期數位參考值，並據以進行運算以得到一電壓控制力，該電壓控制力正比於該預期數位參考值與該該輸出電力信號的電壓所對應的數位值之差值；一多相電流命令運算模組，用以接收該第一至第m相偵測電壓各自所對應的數位值，並據以進行運算以得到第一至第m電流控制力，其中，該第k電流控制力相關於該第(k)與第(k+1)相偵測電壓所對應的數位值之差值，1≦k≦(m-1)，且該第m電流控制力則相關於第m與第一相偵測電壓所對應的數位值之差值；及一控制力運算模組，電連接於該電壓命令運算模組以接收該電壓控制力，電連接於該多相電流命令運算模組以接收該第一至第m電流控制力，並據以進行運算以得到第一至第m脈波調變信號組，其中，該第一脈波調變信號組則相關於該電壓控制力加上該第m與第一電流控制力的差值，而該第(k+1)脈波調變信號組分別相關於該電壓控制力加上該第k與第(k+1)電流控制力的差值，1≦k≦m-1。
    [18] 依據申請專利範圍第17項所述之多相鏈結均流控制電路，其中，該電壓命令運算模組包括：一電壓減法器，接收該預期數位參考值和該輸出電力信號的電壓所對應的數位值，並以該預期數位參考值減去該輸出電力信號的電壓所對應的數位值以得到一電壓誤差值；及一電壓控制器，電連接於該電壓減法器以接收該電壓誤差值，並據以進行比例積分運算以得到該電壓控制力。
    [19] 依據申請專利範圍第18項所述之多相鏈結均流控制電路，其中，該多相電流命令運算模組包括：第一至第m電流減法器，每一電流減法器具有一第一端、一第二端，及一輸出端，且該第一至第m電流減法器之第一端分別依序接收該第一至第m相偵測電壓vi1~vim所對應的數位值、該第一至第m電流減法器之第二端分別依序接收該第二至第m相偵測電壓、第一相偵測電壓所對應的數位值，且該第一至第m電流減法器根據各自以其第一端所接收的數位值減去其第二端所接收的數位值來得到第一至第m電流誤差值，並從各自的輸出端輸出；及一第一至第m電流控制器，分別電連接於該第一至第m電流減法器之輸出端以接收該第一至第m電流誤差值，並分別據以進行比例積分運算以得到第一至第m電流控制力。
    [20] 依據申請專利範圍第19項所述之多相鏈結均流控制電路，其中，該控制力運算模組包括：第一至第m運算器，每一運算器具有一第一端、一第二端、一第三端，及一輸出端，且該第一至第m運算器之第一端皆電連接於該電壓控制器以接收該電壓控制力、該第一至第m運算器之第二端分別依序電連接於該第m電流控制器、該第一至第(m-1)電流控制器以接收該第m電流控制力、該第一至第(m-1)電流控制力、該第一至第m運算器之第三端分別依序電連接於該第一至第m電流控制器以接收該第一至第m電流控制力，且該第一至第m運算器各自根據其第一端所接收的控制力加上其第二端所接收的控制力再減去其第三端所接收的控制力，以得到第一至第m運算值，並從各自的輸出端輸出；及m個脈波信號產生器，分別電連接於該第一至第m運算器之輸出端以接收該第一至第m運算值，並據以產生第一至第m脈波調變信號組。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    TWI435512B|2014-04-21|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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