應用於微電網系統之可程控隔離式雙向直流/直流轉換器

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研究生：	康惟迪 WEI-DI KANG
論文名稱：	應用於微電網系統之可程控隔離式雙向直流/直流轉換器 A Programmable Isolated Bidirectional DC-DC Converter for Micro-grid System Applications
指導教授：	羅有綱 Yu-Kang Lo 邱煌仁 Huang-Jen Chiu
口試委員:	林忠義 none 馬紅波 none
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：	101
語文別：	中文
論文頁數：	100
中文關鍵詞：	雙向隔離式直流/直流轉換器、三階段式充電、ECAN通訊、微電網
外文關鍵詞：	Bidirectional DC/DC converter, Three-stage charging, ECAN communication, Micro-grid system.
相關次數：	點閱：373 下載：16
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本文所使用之全橋隔離式雙向直流/直流轉換器電路，應用於直流微電網之蓄電池與直流匯流排間能量處理。利用增強型控制區域網路模組(Enhanced Controller Area Network, ECAN)通訊，實現微電網在運轉時能夠即時回傳各項資訊(電壓、電流)，以及利用電流回授與電壓回授來達成可程控的目的，其電壓、電流解析度分別為5 V/1 A。電路控制方式則以德州儀器的數位信號處理器TMS320F28035控制整個雙向直流/直流轉換器，實現數位化控制。在充電策略方面採用第一階段定電流、第二階段定電流與定電壓三階段式充電，如此一來既可實現快速充電的需求，又可兼顧磷酸鋰鐵電池的壽命及電池在工作狀態時的可靠度。最後實作出一台2 kW可程控隔離式雙向直流/直流轉換器，以驗證所研究電路之可行性，其滿載轉換效率均達90%以上。

This thesis presents an isolated bidirectional full-bridge DC/DC converter. It can be applied to maintain the energy balance between the battery and the DC bus in a DC micro-grid. With the enhanced controller area network (ECAN) communication, the information of voltages and currents in a micro-grid can be real-time reported. By adopting current feedback and voltage feedback, programmable functions can be achieved with resolutions of 5 V/1 A, respectively. In order to implement the digital controller, a Texas Instruments DSP chip, TMS320F28035, is adopted. To satisfy the demands for fast charging and long lifetime of LiFePO4 batteries, a three-stage charging scheme is used. Finally, a 2-kW programmable bi-directional isolated full-bridge DC/DC converter is realized to verify the feasibility of the presented system, and the efficiencies can be up to 90%.

摘　要	i
Abstract	ii
誌  謝	iii
目　錄	iv
圖索引	vii
表索引	x
第一章 緒論	1
1 前言	1
2 研究動機與目的	2
3 論文內容大綱	4
第二章 微電網系統與可程控技術	6
1 微電網簡介	6
2 ECAN通訊傳輸概述	7
3 可程控技術	10
第三章 雙向轉換器動作原理與模式	12
1 隔離式雙向直流/直流轉換器動作原理	12
2 隔離式雙向直流/直流轉換器放電模式分析	14
2.1 連續導通模式之穩態分析	16
2.2 電流饋入式之CCM與DCM之邊界條件模式	20
3 隔離式雙向直流/直流轉換器充電模式分析	21
第四章 數位控制器分析與設計	29
1 雙向轉換器數位控制系統分析	29
2 數位控制分析	30
3 開關驅動與取樣設計	31
3.1 驅動電路設計	32
3.2 取樣電路設計	32
4 雙向轉換器軟體流程規劃	35
4.1 雙向轉換器整體系統流程圖	35
4.2 系統初始化流程圖	37
4.3 放電模式區塊流程圖	38
4.4 充電模式區塊流程圖	40
第五章 電池與充電策略	42
1 二次性電池簡介	42
1.1 鉛酸電池	42
1.2 鎳氫電池	44
1.3 磷酸鋰鐵電池	45
2.1 定電壓充電法	48
2.2 定電流充電法	49
2.3 三階段充電法	49
第六章 隔離式雙向直流/直流轉換器參數設計	52
1 放電模式-電流饋入式全橋轉換器設計	52
1.1 變壓器設計	53
1.2 輸入電感設計	54
1.3 輸出電容設計	55
1.4 功率開關設計	55
1.5 輸出整流二極體設計	56
2 充電模式-全橋相移式轉換器設計	57
2.1 輸出電感設計	57
2.2 功率開關設計	58
2.3 諧振電感設計	58
2.4 阻隔電容設計	60
2.5 輸出電容設計	61
2.6 輸出整流二極體設計	61
第七章 模擬與實驗結果討論	63
1 電路模擬	63
1.1 放電模式電路模擬	63
1.2 充電模式電路模擬	66
2 電路實測波形	69
2.1 放電模式功能測試	69
2.2 充電模式功能測試	74
2.3 換向機制實測結果	79
3 電路轉換效率量測	80
第八章 結論與未來研究方向	85
1 結論	85
2 未來研究方向	86
參考文獻	87

                                

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