TWI506959B - 調變方法以及應用該調變方法之控制裝置 - Google Patents

調變方法以及應用該調變方法之控制裝置 Download PDF

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Description

調變方法以及應用該調變方法之控制裝置
本揭露係為一種調變方法以及應用該調變方法之控制裝置，尤其是有關於一種可消除電流突波之調變方法以及應用該調變方法之控制裝置。
傳統的控制技術，有高負載需求的時候，輸入訊號逼近最大值，而負載端性能表現並卻沒有成正比增加，呈現停滯狀態，亦即輸入訊號無法再給予更大的能量供給於負載端，產生飽和現象，突波情形就會發生，且該突波波形的最大值常常逼近功率元件的最大負荷，導致功率級隨時會有燒毀的可能。
目前傳統技術之突波訊號利用電路硬體設計方式予以降低或消除，於控制電路板額外裝設偵測裝置，且為了使裝置能順利運作，還需配置相關啟動電源，不但造成控制器運作效率降低，還會增加體積與成本，同時，所連結的次系統或零件也須一併調整相關機構配置，甚為不便。而另一種傳統技術則是提高功率元件規格，增加功率容量及體積，避免控制器功率級燒毀故障；或是不更改規格，設計濾波電路與加裝較大規格的電容元件代替，用以過濾突如其來的諧波訊號，雖可以減少系統發生故障機率，但製作成本會大幅增加；另外，也可以降低輸入訊號振幅使突波量變小，不過此方式卻會影響負載端的功率輸出，無法讓系統發揮至規格所需的最大性能，造成成本浪費。
在一實施例中，本揭露提供一種調變方法，其包含有：接收複數弦波訊號；於一時間內，對該複數弦波訊號取得一最大值、一中間值與一最小值，以產生該最大值與最小值間之一第一差值；根據一預設比較值的上限與下限，以產生一第二差值；以及比較該第一差值與該第二差值，以產生最佳化調變波訊號。
在另一實施例，本揭露提供一種具有調變方法之控制裝置，其包含有：一控制器，用以送出複數弦波訊號；一調變系統，耦接該控制器，接收與調整該複數弦波訊號，並產生最佳化調變波訊號；一脈波寬度調變產生器，耦接該調變系統，並接收與輸出該複數弦波訊號；一濾波器，耦接該脈波寬度調變產生器，且由該複數弦波訊號中取得任二個弦波訊號作為輸入源；一減法電路，串接該濾波器，且將任二個該弦波訊號相減，並輸入至該調變系統；一功率元件，耦接該脈波寬度調變產生器，並控制一負載；以及一電源供應器，耦接該功率元件，以提供電源予該功率元件。
為使 貴審查委員能對本揭露之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，下文特將本揭露之裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可以了解本揭露之特點，詳細說明陳述如下：圖1顯示根據本揭露之一實施例之適用於消除電流突 波之一調變系統。如圖1所示，包括一控制器31、一調變系統32、一脈波寬度調變(PWM)產生器33、一功率元件36、一負載37以及一電源供應器38。該控制器31，用以產生複數弦波訊號，且該控制器31更包括控制電路或控制晶片，故可將控制該負載37的方法燒錄於該控制晶片中，以進行操控。該調變系統32，耦接該控制器31，接收與調整該複數弦波訊號，並產生最佳化調變波訊號。該脈波寬度調變產生器33，耦接該調變系統32，並接收與輸出該複數弦波訊號。該功率元件36，耦接該脈波寬度調變產生器33，並控制一負載37。該電源供應器38，耦接該功率元件37，以提供電源予該功率元件37，且該電源供應器38包括電池。
該調變系統32於一時間內，對該複數弦波訊號取得一最大值v max ,、一中間值v med 與一最小值v min ，以產生該最大值v max 與最小值v min 間之一第一差值V eff ，且該調變系統32更根據一預設比較值之上限值MAX與下限值MIN，以產生一第二差值V diff 。換句話說，若該預設比較值為一連續波(例如，三角波)，可取得連續波之波峰值MAX與一波谷值MIN，並根據該波峰值MAX與該波谷值MIN，以產生一第二差值V diff 。該調變系統32可用以比較該第一差值V eff 與該第二差值V diff ，以產生最佳化該調變波訊號。
因此，若該第一差值V eff 小於該第二差值V diff ，亦即v eff <v diff ，則調變系統32將負的最大值加上負的最小值後，再除以一預定值，以產生一第一調整值，且前述之預定值為2，而該第一調整值V offset 可進一步簡化表示為 (-v max -v min )/2。接著，分別將該最大值v max 、中間值v med 與最小值v min 加上該第一調整值V offset ，進而調整與最佳化該調變波訊號。若該第一差值V eff 大於該第二差值V diff ，亦即v eff >v diff ，則該調變系統32產生一中間調整值V med’ ，且該中間調整值V med’ ={該下限值MIN+[第二差值V diff X(-該最大值v max -二倍的最小值v min )]}/該第一差值V eff }，故中間調整值V med’ 可進一步簡化表示為{MIN+[V diff X(-v max -2v min )]}/V eff }。接著，該調整單元13可分別調整該中間值v med 、該最大值v max 與該最小值v min 分別為該中間調整值V med’ ，該上限值波峰值MAX與該波谷下限值MIN。
圖2顯示根據本揭露之一實施例之適用於消除電流突波之一調變方法，本調變方法需搭配圖1之調變系統說明之。該調變方法包含有：接收複數弦波訊號(步驟s201)，且於一時間內，對該複數弦波訊號取得一最大值v max 、一中間值v med 與一最小值v min ，以產生該最大值v max 與最小值v min 間之一第一差值V eff (步驟s202)。接著，根據預設比較值之上限值MAX與下限值MIN，以產生一第二差值V diff (步驟s203)，且比較該第一差值V eff 與該第二差值V diff ，以輸出最佳化調變波訊號(步驟s204)。
因此，若該第一差值V eff 小於該第二差值V diff ，亦即(v eff <v diff )，則調整單元13將負的最大值加上負的最小值後，再除以一預定值，以產生一第一調整值V offset (步驟s205)，且前述之預定值為2，故該第一調整值V offset 可進一步簡化表示為(-v max -v min )/2。接著，分別將該最大值v max 、中間值v med 與最小值v min 加上該第一調整值V offset ，以輸出 最佳化該調變波訊號(步驟s206)。例如，如圖3A所示，接收複數弦波訊號V as 、V bs 、V cs ，且於一時間內，對該複數弦波訊號V as 、V bs 、V cs 取得一最大值v max 、一中間值v med 與一最小值v min ，其中V bs =v max ，V as =v med ，V cs =v min 。接著，根據最大值v max 與最小值v min 產生第一差值V eff ，再來根據預設比較值之上限值MAX與下限值MIN，以產生一第二差值V diff 。然後，比較該第一差值V eff 與該第二差值V diff ，且若該第一差值V eff 小於該第二差值V diff ，亦即(v eff <v diff )，則產生該第一調整值，且將最大值v max (V bs )、中間值v med (V as )與最小值v min (V cs )加上該第一調整值V offset 以產生與輸出最佳化調變波訊號，例如，複數弦波調整後之最佳化調變波訊號分別可表示為V bs =V bs +V offset 、V as =V as +V offset 、V cs =V cs +V offset 。
但是，若該第一差值V eff 大於該第二差值V diff ，亦即(v eff >v diff )，則產生一中間調整值V med’ ，且該中間調整值V med’ ={該下限值MIN+[第二差值V diff X(-該最大值v max -二倍的最小值v min )]}/該第一差值V eff }(步驟s207)，故中間調整值V med’ 可進一步簡化表示為{MIN+[V diff X(-v max -2v min )]}/V eff }。接著，可分別調整該中間值v med 、該最大值v max 與該最小值v min 分別為該中間調整值V med’ ，該上限值MAX與該下限值MIN(步驟s208)。例如，如圖3A所示，當該第一差值V eff 大於該第二差值V diff ， 亦即(v eff >v diff )，則產生該中間調整值v med’ ，且可分別調整該中間值v med (V as )、該最大值v max (V bs )與該最小值v min (V cs )為該中間調整值V med’ ，該上限值MAX與該下限值MIN以產生與輸 出最佳化調變波訊號，例如，複數弦波調整後之最佳化調變波訊號分別可表示為V as =V med’ 、V bs =MAX、V cs =MIN。
圖3與圖4顯示應用本揭露之波形，且圖3與圖4之波形需與圖2搭配說明之。如圖3A所示，為應用本揭露之步驟s205之前的波形，且經調整後可得到圖3B所顯示之最佳化調變波波形。如圖4A所示，為應用本揭露之步驟s207之前的波形，且經調整後可得到圖4B所顯示之最佳化調變波波形。
圖5顯示應用本揭露之調變系統之控制裝置。如圖5所示，該例子包括一控制器31、一調變系統32、一脈波寬度調變(PWM)產生器33、一濾波器34、一減法電路35、一功率元件36、一負載37以及一電源供應器38。該控制器31，用以產生複數弦波訊號，且該控制器31更包括控制電路或控制晶片，故可將控制該負載37的方法燒錄於該控制晶片中，以進行操控。該調變系統32，其耦接該控制器31，接收與調整該複數弦波訊號，並產生最佳化調變波訊號。該脈波寬度調變產生器33，耦接該調變系統32，並接收與輸出該複數弦波訊號。該濾波器34，耦接該脈波寬度調變產生器33，且由該複數弦波訊號中取得任二個弦波訊號作為輸入源。該減法電路35，串接該濾波器34，且將任二個該弦波訊號相減，並輸入至該調變系統32。該功率元件36，耦接該脈波寬度調變產生器33，並控制一負載37。該電源供應器38，耦接該功率元件37，以提供電源予該功率元件37，且該電源供應器38包括電池。
圖6顯示應用圖5之控制裝置的調變方法。本實施例 之調變方法與前述調變方法近似，兩者不同之處在於，本實施例將線性電壓VLL 列入考量。如圖6所示，該調變系統包括：接收載波訊號及複數弦波訊號，載波訊號包括突波(步驟s401)，且於一時間內，對該複數弦波訊號取得一最大值v max 、一中間值v med 與一最小值v min ，以產生該最大值v max 與最小值v min 間之一第一差值V eff (步驟s402)。接著，根據預設比較值之上限值MAX與下限值MIN，以產生一第二差值V diff (步驟s403)，且比較該第一差值V eff 與該第二差值V diff ，以輸出最佳化調變波訊號(步驟s404)。
因此，若該第一差值V eff 小於該第二差值V diff ，亦即(v eff <v diff )或線性電壓VLL 小於一固定值k ，亦即(VLL <k )，且k 為大於零之整數，則將負的最大值加上負的最小值後，再除以一預定值，以產生一第一調整值V offset (步驟s405)，且前述之預定值為2，故該第一調整值V offset 可進一步簡化表示為(-v max -v min )/2。接著，分別將該最大值v max 、中間值v med 與最小值v min 加上該第一調整值V offset ，以輸出最佳化該調變波訊號(步驟s406)。但是，若該第一差值V eff 大於該第二差值V diff ， 亦即(v eff >v diff )或線性電壓VLL 大於一固定值k， 亦即(VLL >k )，則產生一中間調整值V med’ ，且該中間調整值V med’ ={該下限值MIN+[第二差值V diff X(-該最大值v max -二倍的最小值v min )]}/該第一差值V eff }(步驟s407)，故中間調整值V med’ 可進一步簡化表示為{MIN+[V diff X(-v max -2v min )]}/V eff }。接著，可調整該中間值v med 、該最大值v max 與該最小值v min 分別為該中間調整值V med’ ，該上限值MAX與該下限值MIN(步驟s408)。因此，於本實施例，以 三相電壓弦波訊號說明，而不侷限於電壓訊號，多相或其他物理性參考訊號，只須符合弦波訊號皆能適用。如第3A圖所示，三相調變電壓分別為{v as ,v bs ,v cs }，相差120度，振幅與週期相同，其中某一時刻訊號大小分別為{v max ,v med ,v min }，定義MAX與MIN分別為三角波之波峰值與波谷值，用於計數輸入波形，作為PWM產生器33控制輸出調變訊號依據。將PWM產生器33三相訊號中的其中兩相另接一濾波器34作為濾波之用，再串聯一減法電路35將其兩相訊號進行相減，得到線電壓(VLL )值，且該線電壓可根據輸入電源作調整。如第3A圖虛線所示，在固定的時間軸上，v bs =v max ，v as =v med ，v cs =v min 。故可令v eff =v max -v min ，若VLL <k 或v eff <v diff 值小於一固定值k ，即進行調變，反之，進行三相訊號{v as ,v bs ,v cs }調變。則調變系統32將負的最大值加上負的最小值後，再除以一預定值，以產生一第一調整值V offset (步驟s405)，且前述之預定值為2，故該第一調整值V offset 可進一步簡化表示為(-v max -v min )/2。接著，分別將該最大值v max 、中間值v med 與最小值v min 加上該第一調整值V offset ，以輸出最佳化該調變波訊號(步驟s406)。例如，如圖3A所示，接收複數弦波訊號V as 、V bs 、V cs ，且於一時間內，對該複數弦波訊號V as 、V bs 、V cs 取得一最大值v max 、一中間值v med 與一最小值v min ，其中V bs =v max ，V as =v med ，V cs =v min 。接著，根據最大值v max 與最小值v min 產生第一差值V eff ，再來根據預設比較值之上限值MAX與下限值MIN，以產生一第二差值V diff 。然後，比較該第一差值V eff 與該第二差值V diff ，且若該第一差值V eff 小於該第二差 值V diff ， 亦即(v eff <v diff )，則產生該第一調整值，且將最大值v max (V bs )、中間值v med (V as )與最小值v min (V cs )加上該第一調整值V offset 以產生與輸出最佳化調變波訊號，例如，複數弦波調整後之最佳化調變波訊號分別可表示為V bs =V bs +V offset 、V as =V as +V offset 、V cs =V cs +V offset 。
但是，若VLL >k 或v eff >v diff 作為調變訊號依據，則產生一中間調整值V med’ ，且該中間調整值V med’ ={該下限值MIN+[第二差值V diff X(-該最大值v max -二倍的最小值v min )]}/該第一差值V eff }(步驟s407)，故中間調整值V med’ 可進一步簡化表示為{MIN+[V diff X(-v max -2v min )]}/V eff }。接著，可分別調整該中間值v med 、該最大值v max 與該最小值v min 分別為該中間調整值V med’ ，該上限值MAX與該下限值MIN(步驟s408)。例如，如圖3A所示，當該第一差值V eff 大於該第二差值V diff ，亦即(v eff >v diff )，則產生該中間調整值V med’ ，且可分別調整該中間值v med (V as )、該最大值v max (V bs )與該最小值v min (V cs )為該中間調整值V med’ ，該上限值MAX與該下限值MIN以產生與輸出最佳化調變波訊號，例如，複數弦波調整後之最佳化調變波訊號分別可表示為V as =V med’ 、V bs =MAX、V cs =MIN。
圖7顯示應用本揭露之波形。當突波訊號(如圖7A所示)經由本揭露之處理，可獲得良好的改善，如圖7B所示之平滑訊號波形。
本揭露所提出具消除電流突波之調變方法與裝置，直接整合在原本的控制器內，不需改變控制器機構體積，也不用提高功率級規格以及額外設計硬體電路，且改善控制 系統的突波現象，以控制訊號能達到輸入最大值，讓負載端性能發揮極致，使輸出至負載端的輸入訊號波形更加平順，延長使用壽命。
本揭露應用控制器、電源供應器與負載等相關配置設計，將調變方法與裝置設計於控制器中，同時達到輕薄化的功能，提高負載控制器的附加價值，且藉由控制器控制板所接收到的負載訊號並輸出一弦波訊號至調變裝置，搭配其控制方法予以消除電流突波，使負載端接收到平順電流波形，減少負載運轉故障率，毋須為了消除突波而額外增加複雜電路硬體架構或是另設突波偵測裝置，甚至更改控制器硬體規格，進而減少控制器功率元件成本，同時增加負載運轉效率，再加上調變裝置的設計，不會影響到原本控制器的規格與功能，不用再做額外設計變更。本創作除了促進國內相關控制器產業升級，還可推廣到電動車輛、太陽能轉換電能系統及直流/交流轉換器等電器化設備使用，應用範圍相當廣泛。
唯以上所述者，僅為本揭露之範例實施態樣爾，當不能以之限定本揭露所實施之範圍。即大凡依本揭露申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本揭露專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
31‧‧‧控制器
32‧‧‧調變系統
33‧‧‧脈波寬度調變(PWM)產生器
34‧‧‧濾波器
35‧‧‧減法電路
36‧‧‧功率元件
37‧‧‧負載37
38‧‧‧電源供應器
s201~s208‧‧‧步驟
s401~s408‧‧‧步驟
圖1顯示根據本揭露之一實施例之適用於消除電流突波之一調變系統。
圖2顯示根據本揭露之一實施例之適用於消除電流突波之一調變方法。
圖3A、圖3B與圖4A、圖4B顯示應用本揭露之波形。
圖5顯示應用本揭露之調變方法之控制裝置。
圖6顯示應用圖5之控制裝置的調變方法。
圖7A與7B顯示應用本揭露之波形。
s201~s208‧‧‧步驟

Claims (8)

  1. 一種調變方法，其包含下列步驟：接收一載波訊號與複數弦波訊號，且該載波訊號包括突波；於一時間內，對該複數弦波訊號取得一最大值、一中間值與一最小值，以產生該最大值與最小值間之一第一差值；根據一預設比較值的上限值與下限值，以產生一第二差值；以及比較該第一差值與該第二差值，以產生一調整值；根據該最大值、該中間值、該最小值及該調整值產生一最佳化調變波訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之調變方法，更包含有下列步驟：若該第一差值小於該第二差值，則將負的該最大值加上負的該最小值後，再除以一預定值，以產生一第一調整值；以及分別將該最大值、該中間值與該最小值加上該第一調整值，以產生該最佳化調變波訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之調變方法，其中，該預定值為2。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之調變方法，更包含有下列步驟：若該第一差值大於該第二差值，則產生一中間調整值；以及 分別調整該中間值、該最大值與該最小值為該中間調整值，該上限值與該下限值，以產生該最佳化調變波訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之調變方法，其中，該中間調整值之算式如下：該中間調整值={該下限值+[該第二差值x(-該最大值-二倍的該最小值)]}/該第一差值}。
  6. 一種具有調變方法之控制裝置，其包含下列步驟：一控制器，用以送出複數弦波訊號；一調變系統，耦接該控制器，接收與調整該複數弦波訊號，該調變系統於一時間內，對該複數弦波訊號取得一最大值、一中間值與一最小值，以產生該最大值與最小值間之一第一差值，並根據一預設比較值的上限值與下限值，以產生一第二差值，再比較該第一差值與該第二差值，以產生一調整值，再根據該最大值、該中間值、該最小值及該調整值產生以產生最佳化調變波訊號；一脈波寬度調變產生器，耦接該調變系統，並接收該最佳化調變波訊號；一濾波器，耦接該脈波寬度調變產生器，且由該複數弦波訊號中取得任二個弦波訊號作為輸入源；一減法電路，串接該濾波器，且將任二個該弦波訊號相減，並輸入至該調變系統；一功率元件，耦接該脈波寬度調變產生器，並控制一負載；以及一電源供應器，耦接該功率元件，以提供電源予該 功率元件。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具有調變方法之控制裝置，其中，該控制器更包括控制電路或控制晶片。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之具有調變方法之控制裝置，其中，該電源供應器包括電池。
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