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研究生: 伍智瑋
Chih-Wei Wu
論文名稱: 具主動箝位之雙向電池充放電轉換器
A Bi-directional Battery Charger/Discharger Converter with Active Clamper
指導教授: 邱煌仁
Huang-Jen Chiu
羅有綱
Yu-Kang Lo
口試委員: 林忠義
Chung-Yi Lin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 112
中文關鍵詞: 雙向轉換器鉛酸電池數位控制二階段定電流/定電壓充電返馳式箝位電路
外文關鍵詞: Bi-directional converter, Lead-acid battery, Digital control, Two-stage CC/CV charging scheme, Flyback clamper
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  • 本論文旨在研製一應用於鉛酸電池之高效率雙向轉換器,以利減少充放電系統之整體體積,並加入以返馳式轉換器為架構之主動箝位電路,增加系統可靠度,其雙向轉換器之動作原理與設計上的考量在本論文皆會詳述。此雙向轉換器使用數位信號處理器晶片TMS320F28035實現數位控制。
    本文所設計實作之雙向轉換器,在升壓模式下的規格為:輸入40 V ~ 50 V、輸出200 V、最大輸出功率為1.3 kW,實測最高轉換效率為94.1 %;在降壓模式下的規格為:輸入200 V,並設計為二階段定電流/定電壓充電輸出,最大輸出功率為600 W,實測最高轉換效率為94.5%。


    This thesis aims to study and design a high-efficiency bi-directional converter which can reduce the overall volume of a charger-discharger system for lead-acid battery. In addition, there is a Flyback snubber in the system that can increase the reliability. The operating principles and design issues of the presented bi-directional converter are described in detail. The digital control is fulfilled with the TMS320F28035 DSP chip.
    For the implementations of the discussed bi-directional converter, the circuit parameters in discharging (boost) mode are as follows. The input voltage range is from 40 V to 50 V. The output voltage is 200 V. The maximum output power is 1.3 kW. And the highest recorded efficiency is 94.1%. As for the charging (buck) mode, the input voltage is 200 V. The two-stage constant-current (CC)/constant voltage (CV) charging scheme is designed. The rated output power is 600 W. The highest measured efficiency is 94.5%.

    目 錄 頁碼 摘 要 i Abstract ii 誌 謝 iii 目 錄 iv 圖索引 vii 表索引 xi 第一章 緒論 1 1.1研究背景 1 1.2內容大綱 2 第二章 鉛酸電池與充電技術介紹 4 2.1鉛酸蓄電池簡介 4 2.2充電技術簡介 5 第三章 雙向DC/DC轉換器之架構與原理說明 9 3.1升壓模式 9 3.1.1連續導通模式之穩態分析 12 3.1.2電流饋入式之CCM與DCM之邊界模式 17 3.1.3非理想電流饋入式全橋型轉換器 18 3.2降壓模式 21 3.2.1全橋相移式零電壓切換之動作原理 23 3.2.2高壓側電流、重載和臨界負載的關係 27 3.2.3諧振電感殘餘電流與ZVS的關係 28 3.2.4有效責任週期分析 29 3.2.5零電壓切換條件分析 30 3.3升壓模式之軟啟動 32 3.4降壓模式之軟啟動 33 第四章 主動箝位電路架構與原理說明 35 4.1電路概述 35 4.2電路動作區間分析 38 4.3電路設計考量 43 4.3.1電壓突波分析 43 4.3.2箝位電路分析 46 第五章 控制IC介紹與控制策略 50 5.1控制晶片介紹 50 5.2控制策略 54 第六章 實體電路設計與考量 59 6.1升壓模式-電流饋入式全橋轉換器設計 59 6.1.1電路規格 59 6.1.2變壓器設計 60 6.1.3電感器設計 62 6.1.4輸出電容設計 63 6.1.5功率開關設計 64 6.2降壓模式-全橋相移式轉換器設計 66 6.2.1規格訂定 66 6.2.2輸出電感設計 66 6.2.3功率開關設計 67 6.2.4諧振電感設計 68 6.2.5阻隔電容設計 69 6.2.6輸出電容設計 70 6.3 DSP外部驅動與取樣電路設計 71 6.3.1 DSP控制卡 71 6.3.2取樣電路設計 72 6.3.3驅動電路設計 74 6.4箝位電路設計規格 75 6.4.1變壓器設計 75 6.4.2箝位電容設計 77 6.4.3功率開關設計 78 第七章 實驗結果 80 7.1升壓模式之實驗規劃 80 7.2升壓模式之實驗波形 80 7.3降壓模式之實驗規劃 98 7.4降壓模式之實驗波形 98 第八章 結論與未來展望 106 8.1結論 106 8.2未來展望 106 參考文獻 108

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