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研究生: 陳星光
Hsing-Kuang Chen
論文名稱: 應用於鉛酸電池之充放電系統研製
Study and Implementation of a Charge-Discharge System for Lead Acid Batteries
指導教授: 羅有綱
Yu-Kang Lo
邱煌仁
Huang-Jen Chiu
口試委員: 林景源
none
劉邦榮
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: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 90
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
外文關鍵詞: Bi-directional converter, Lead-acid battery, Digital control, Two-stage CC/CV charging scheme
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本論文旨在研製一高效率雙向轉換器,以利減少充放電系統之整體體積,且可應用在鉛酸電池上,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(Digital Signal Processor, DSP)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 ~ 46 V、輸出200 V、最大轉換功率為1.3 kW,實測後最高轉換效率為93.8 %;在降壓模式下的規格為:輸入200 V,輸出則以電子負載取代鉛酸蓄電池,並設計為二階段定電流/定電壓充電,最大轉換功率為900 W,實測後最高轉換效率為94.6 %。


This thesis aims to study and design a high-efficiency bi-directional converter which can help reduce the overall volume of a charger/discharger system. 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 46 V. The output voltage is 200 V. The maximum output power is 1.3 kW. And the highest recorded efficiency is 93.8%. As for the charging (buck) mode, the input voltage is 200 V. An electronic load is used to replace the lead-acid batteries for testing the two-stage constant-current (CC)/constant voltage (CV) charging scheme. The rated output power is 900 W. And the highest measured efficiency is 94.6%.

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 6 第三章 DC/DC雙向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 19 3.2降壓模式 22 3.2.1全橋相移式零電壓切換之動作原理 24 3.2.2高壓側電流、重載和臨界負載的關係 29 3.2.3諧振電感殘餘電流與ZVS的關係 30 3.2.4有效責任週期分析 31 3.2.5零電壓切換條件分析 32 3.3升壓模式之軟啟動 34 3.4降壓模式之軟啟動 35 第四章 控制IC介紹與控制策略 37 4.1控制晶片介紹 37 4.2控制策略 41 第五章 實體電路設計與考量 46 5.1升壓模式-電流饋入式全橋轉換器設計 46 5.1.1電路規格 46 5.1.2變壓器設計 47 5.1.3電感器設計 49 5.1.4輸出電容設計 50 5.1.5功率開關設計 51 5.2 降壓模式-全橋相移式轉換器設計 53 5.2.1規格訂定 53 5.2.2輸出電感設計 54 5.2.3功率開關設計 55 5.2.4諧振電感設計 55 5.2.5阻隔電容設計 57 5.2.6輸出電容設計 58 5.3 DSP外部驅動與取樣電路設計 59 5.3.2取樣電路設計 60 5.3.3驅動電路設計 62 第六章 實驗結果 63 6.1升壓模式之實驗規劃 63 6.2升壓模式之實驗波形 63 6.3降壓模式之實驗規劃 76 6.4降壓模式之實驗波形 77 第七章 結論與未來展望 84 7.1結論 84 7.2未來展望 85 參考文獻 86

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