更有效AC-AC AVR開發方法結果驗證
作者 : Aamir Hussain Chughtai、Muhammad Saqib，BarqEE聯合創辦人
本文將展示透過原型獲得的實驗結果，以驗證使用GreenPAK SLG46537V IC等可程式設計ASIC來開發自動電壓調節器(AVR)的可行性和可操作性。
在《電子工程專輯》雜誌8月號刊登的「一種更有效AC-AC自動電壓調節器開發方式」一文中，闡述了開發人員如何使用GreenPAK SLG46537V IC等可程式設計ASIC來開發自動電壓調節器(AVR)，並且詳細描述整個系統設計和GreenPAK設計。本文則將展示透過原型獲得的實驗結果，以驗證這種AVR的可行性和可操作性。
實驗結果
實驗硬體
圖1顯示了設計原型的實驗裝置。Variac用於控制提供給AVR的輸入交流電壓。AVR包含一個自耦變壓器和一個包含控制電路的PCB，GreenPAK開發板連接到PCB以控制機電繼電器，同時用一個示波器來記錄輸入和輸出電壓。
圖1：實驗裝置。
(來源：BarqEE)
圖2為安裝了機電繼電器、BJT和其他輔助元件的PCB電路。
圖2：PCB電路。
(來源：BarqEE)
AVR性能資料
AVR的性能資料總結如下：
- 負載範圍：450VA~550VA
- 輸入電壓範圍：125V~240V
- 輸出電壓：200V~240V
- 頻率：50Hz~60Hz
- 絕緣電阻：> 5MΩ
- 回應時間：10~15毫秒(ms)
- 變壓器溫升：65~70℃ (1.2倍滿額定負載)
- 系統效率：> 95%
- 環境溫度：0~40℃
示波器輸出
以下均為實驗中的示波器記錄，黃色和藍色標記分別表示輸入和輸出電壓。
圖3描述了AVR正常功能實驗結果的量化總結。在從低到高的電壓範圍內掃描輸入電壓並觀察相應的輸出電壓，可以看到IC成功地驅動繼電器改變了自耦變壓器分接頭，將匝數比從1.63降為1，實現了電壓調節。
圖3：量化實驗總結。
(來源：BarqEE)
圖4顯示了AVR的正常功能，它成功確定並選擇了匝數比為1.63的分接頭。
圖4：正常功能。
(來源：BarqEE)
圖5描繪了趨近過壓條件時的輸入和輸出電壓波形。兩者具有相似的波形，因為分接頭匝數比均為1。圖6顯示了過壓情況。可以看出輸出電壓已驟降，因為AVR已成功將RL4跳閘以進行保護。
圖5：趨近過壓。
(來源：BarqEE)
圖6：過壓條件。
(來源：BarqEE)
圖7描繪了趨近欠壓條件時的輸入和輸出電壓波形。在這種情況下，AVR選擇了最大匝數比(1.63)分接頭。圖8顯示了欠壓條件的情況。可以觀察到輸出電壓因RL4跳閘保護而下降。
圖7：趨近欠壓。
(來源：BarqEE)
圖8: 欠壓條件。
(來源：BarqEE)
請注意，當AVR調節電壓時，輸入和輸出電壓都沒有頻率變化或相移。
結論
AVR在住宅和工業應用中很受歡迎，本文描述了如何使用可程式設計ASIC (例如GreenPAK SLG46537V IC)作為AVR的控制器。ASIC可以替代目前在這些應用中使用的離散式元件和MCU。本文描述了SLG46537V在推薦的AVR設計中的作用，並詳細闡明了GreenPAK的設計。另外，還提供AVR原型的實驗細節，以驗證所推薦的設計。
可以看出，該電路具備足夠的能力作為控制器，尤其是應用在住宅AVR中。因此，利用低成本IC設計AVR的控制單元同時減少PCB佔板空間是可行的。而且，利用其他ASIC可為ASM提供更多狀態，還可進一步設計更複雜的控制器。
(參考原文：A more effective approach for developing AC-AC automatic voltage regulators，by Aamir Hussain Chughtai、Muhammad Saqib)
本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2021年10月號
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