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研究生: 戴承鴻
Cheng-hong Dai
論文名稱: 應用於燃料電池之3kW具倍壓輸出直流/直流轉換器之研製
Study and Implementation of a 3kW DC/DC Converter with Voltage Doubler Output for Fuel Cell Applications
指導教授: 羅有綱
Yu-kang Lo
邱煌仁
Huang-jen Chiu
口試委員: 楊宗銘
Chung-ming Young
王建民
Jian-min Wang
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: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 85
中文關鍵詞: 燃料電池全橋直流/直流轉換器電流饋入倍壓電路定電流
外文關鍵詞: Fuel Cells Full-bridge DC/DC Converter, Current-fed, Voltage-doubler, Constant Current
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近年來,如風力、太陽能和燃料電池等潔淨能源已經被積極研究且發展出各種再生能源發電系統。其中,燃料電池有高能量密度、大電流輸出能力、潔淨發電以及高效率操作的優點,然而由於在各種不同負載、溫溼度和電化學反應條件下,燃料電池係低壓輸出且會有相當大的輸出電壓範圍變化特性,為了提供負載穩定電壓源,因此必須在燃料電池與負載之間加入升壓型直流/直流轉換器。
本論文選用的架構為電流饋入式全橋直流/直流轉換器轉換器,在二次側使用倍壓電路。而在轉換器輸出端並聯一高壓磷酸鐵鋰電池,為了避免過電壓及過電流所影響電池使用壽命及確保系統的穩定,在回授端設計了兩種回授方式分別為定電壓和定電流。最後本論文設計和測試3kW電路驗證其可行性,效率可高於0.9。


Recently, clean energy resources such as wind turbines, photovoltaic arrays or fuel cells have been exploited for developing renewable electric power generation systems. In which, the fuel cells have numerous advantages such as high current output ability, high energy density, clean electricity generation and high efficiency operation. However, the fuel cell stacks present low voltage output and wide range of voltage variations under different load, temperature, humidity and electrochemical reaction conditions. In order to provide load a constant high voltage DC bus, a step-up DC/DC converter must be added between the fuel cell stack and the load.
In this thesis, a current-fed full-bridge DC/DC converter with secondary voltage-doubler rectification is studied. A high-voltage LiFePO4 battery is used as the load in experiments. The over-voltage protection (OVP) and over-current protection (OCP) functions are realized to prevent degradation of battery characteristics and ensure system reliability. A dual-mode control with constant voltage (CV) and constant current (CC) is also implemented in system feedback loop. A 3kW laboratory prototype is designed and tested to verify the feasibility of the studied system. The measured conversion efficiency can be above 0.9.

摘 要 I Abstract II 誌 謝 IV 目 錄 V 圖索引 VIII 表索引 XII 第一章 緒論 13 1.1研究動機與目的 13 1.2研究內容 14 1.3系統簡介 18 1.4本論文架構 19 第二章 燃料電池 20 2.1燃料電池發展史 20 2.2燃料電池發電原理與特點 20 2.3燃料電池種類與運用 23 第三章 電流饋入式全橋轉換器動作原理與分析 27 3.1電流饋入式全橋轉換器動作原理與分析 27 3.1.1基本動作原理 27 3.1.2連續導通模式之穩態分析 29 3.2電流饋入式全橋轉換器CCM與DCM之邊界條件 33 3.3 非理想條件下電流饋入式全橋式升壓型轉換器 35 第四章 電路設計製作 38 4.1電流饋入式全橋轉換器電路設計 38 4.1.1 控制IC TL494介紹 38 4.1.2電路規格 40 4.1.3變壓器設計 41 4.1.4電感器設計 42 4.1.5輸出濾波電容設計 43 4.1.6功率開關設計 44 4.1.7輸出整流二極體設計 44 4.2輔助電源轉換器電路設計 45 4.2.1控制IC UC3845介紹 45 4.2.2電路規格 46 4.2.3變壓器設計 47 4.2.4功率開關設計 48 4.2.5輸出整流二極體設計 49 4.2.6輸出濾波電容設計 50 4.3定電流電路設計 51 第五章 電路模擬與實驗結果 54 5.1電路模擬 54 5.1.1電流饋入式全橋轉換器之模擬 54 5.1.2返馳式轉換器之模擬 58 5.2電路實測波形 60 5.2.1電流饋入式全橋轉換器 60 5.2.2返馳式轉換器 83 5.3電路轉換效率量測與實體圖 89 5.4整機3kW電流饋入式全橋轉換器實體照片 91 第六章 結論與未來展望 93 6.1結論 93 6.2未來展望 94

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無法下載圖示 全文公開日期 2016/01/25 (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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