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研究生: 黃聖剴
Sheng-Kai Huang
論文名稱: 以數位信號處理器為基礎之太陽能發電及照明系統研製
Development of DSP-Based Photovoltaic Generation and Lighting Systems
指導教授: 黃仲欽
Jonq-Chin Hwang
口試委員: 葉勝年
Sheng-Nian Yeh
蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
吳啟耀
Chi-Yao Wu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 113
中文關鍵詞: 太陽能發電系統照明系統
外文關鍵詞: Photovoltaic Generation System, Lighting System
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本文旨在研製太陽能及市電複合供電之發光二極體路燈調光系統。在白天時將太陽能電池提供之能量儲存於蓄電池,並於夜間由蓄電池將能量供給發光二極體路燈。太陽能發電方面,本系統採用昇壓型直流-直流功率轉換器,搭配最大功率追蹤控制策略,進而提升太陽能電池之能量轉換效率。而市電方面,則採用順向式隔離型交流-直流功率轉換器,提供蓄電池另一可靠之充電路徑,提升系統供電的可靠度。另外,文中蓄電池組採用二臂型雙向直流-直流功率轉換器作為充、放電控制,用以維持再生能源與負載之間的功率平衡,並採用二臂交錯式脈波寬度調變控制,可有效降低電流漣波並將輸出電流均勻分配至各個開關,達到降低開關電流額定及均勻散熱之目的,且利用同步整流以提升效率。最後,發光二極體驅動器採用三臂型降壓式直流-直流功率轉換器,搭配交錯式脈波寬度調變控制及定電流控制策略,完成發光二極體路燈調光系統。
本文以高性能、低成本的數位信號處理器TMS320F2808為控制核心,實現交錯式脈波寬調變及同步整流,並藉由電壓、電流回授配合文中之數學推導以完成閉迴路控制,其整體控制皆由軟體程式完成,以減少電路元件並提高系統可靠度。本文已完成具太陽能供電之發光二極體路燈系統,其輸入的太陽能電池直流電壓範圍為20~38V,輸出之發光二極體功率為180W,實測結果驗證本文之理論分析及控制法則的可行性。


The objective of this thesis is to develop a hybrid generating and LED street light with dimming control system using photovoltaic and grid powers. In the daytime the batteries are charged with solar energy, and then released for LED street light at night. On the solar-cell system side, it adopts the boost dc-dc power converter with maximum power point tracking to increase power conversion efficiency of solar-cell. Whereas, on the grid side, it uses the isolated forward ac-dc power converter charging path to improve the reliability. In addition, on the battery part, a two-leg bi-directional boost/buck dc-dc power converter is designed to discharge or charge batteries in order to regulate the power flow between renewable energy and loads. The two-leg interleave pulse-width modulation method is used in battery group to reduce the ripple current and current-sharing control so as to achieve the goal of decreasing the current rating on switches and best thermal performance. Synchronous rectifier is also introduced to improve efficiency. Finally, LED driver using three-leg buck dc-dc power converter with interleave pulse-width modulation and constant current control strategy is proposed to complete LED street light with dimming control system.
In this system, the high-performance, low-cost digital signal processor TMS320F2808 is used to control the system. It can achieve the interleaved pulse-width modulation and synchronous rectification; and to complete the closed-loop control strategy by using the voltage and current feedbacks, which is matched by the mathematical derivation described in this thesis. All the control strategies are to be realized by software to reduce the component count and improve the system reliability. In this system, a real photovoltaic street light system is designed. The range of solar-cell voltage is between 20~38V, and the required LED power is 180W. Finally, experimental results are provided to verify the feasibility of the analysis and the control strategy.

中文摘要 I 英文摘要 II 誌  謝 III 目  錄 IV 圖索引 VII 表索引 XII 符號說明 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究動機及目的 1 1.2 文獻探討 1 1.2.1 複合發電系統之供電型態 1 1.2.2 最大功率追蹤控制之比較 3 1.2.3 高壓鈉燈與LED路燈之比較 5 1.3 系統架構及規格 5 1.4 本文特色 8 1.5 本文大綱 9 第二章 太陽能發電系統與市電供電 10 2.1 前言 10 2.2 太陽能電池簡介 10 2.2.1 太陽能電池光電轉換原理 11 2.3 太陽能電池之最大功率追蹤控制方法 12 2.3.1 擾動觀察法 12 2.3.2 增量電導法 14 2.4 太陽能發電系統架構 16 2.4.1 昇壓型直流-直流功率轉換器電感設計 17 2.4.2 昇壓型直流-直流功率轉換器之控制 19 2.4.3 太陽能發電之最大功率追蹤控制 22 2.4.4 增量電導法與擾動觀察法之實測 22 2.5 市電供電 24 2.5.1 順向式隔離型直流-直流功率轉換器變壓器設計 25 2.5.2 順向式隔離型直流-直流功率轉換器電感設計 33 2.5.3 順向式隔離型直流-直流功率轉換器之控制 34 2.6 結語 36 第三章 高功率發光二極體及驅動器之研製 37 3.1 前言 37 3.2 高功率發光二極體特性分析及驅動方法 37 3.2.1 高功率發光二極體簡介 37 3.2.2 高功率發光二極體特性分析 37 3.2.3 高功率發光二極體驅動電路 38 3.3 LED照明系統之驅動器 39 3.3.1 交錯式脈波寬度調變控制 40 3.3.2 三臂型降壓式直流-直流功率轉換器電感設計 42 3.3.3 三臂型降壓式直流-直流功率轉換器數學推導 43 3.4 路燈調光系統 47 3.5 結語 48 第四章 複合發電系統之能量管理 49 4.1 前言 49 4.2 蓄電池特性分析及充電方式 49 4.2.1 鉛酸電池特性分析 49 4.2.2 常用之充電方式 50 4.3 蓄電池充放電系統架構 51 4.3.1 交錯式脈波寬度調變控制 55 4.3.2 二臂型直流-直流功率轉換器之降壓模式 56 4.3.3 二臂型直流-直流功率轉換器之昇壓模式 59 4.4 系統能量管理 62 4.5 結語 65 第五章 實體製作及實測 66 5.1 前言 66 5.2 硬體電路製作 66 5.2.1 數位控制介面電路 67 5.2.2 電壓回授電路 69 5.2.3 電流回授電路 71 5.2.4 功率電晶體之閘級驅動電路 73 5.3 軟體規劃 74 5.3.1 比例積分控制器之設計 74 5.3.2 系統主程式規劃 76 5.3.3 太陽能發電系統程式規劃 78 5.3.4 蓄電池充電系統程式規劃 80 5.3.5 蓄電池放電系統程式規劃 82 5.3.6 市電供電系統程式規劃 83 5.3.7 路燈調光系統程式規劃 85 5.4 實測結果 86 5.5 實驗分析及探討 89 5.6 結語 90 第六章 結論與未來研究方向 108 6.1 結論 108 6.2 未來研究方向 109 參考文獻 110 作者簡介 113

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無法下載圖示 全文公開日期 2015/07/26 (校內網路)
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全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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