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研究生: 陳洪典
Hung-tien Chen
論文名稱: 全數位化控制之休旅車用變頻器研製
Fully-Digitized Inverter
指導教授: 羅有綱
Yu-Kang Lo
邱煌仁
Huang-Jen Chiu
口試委員: 劉益華
Yi-Hua Liu
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: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 60
中文關鍵詞: 變頻器休旅車數位訊號處理器
外文關鍵詞: Inverter, push-pull converter, recreational vehicle, digital controller
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本論文旨在研製並比較使用不同數位訊號處理器控制架構下之休旅車用變頻器,此電路由推挽式轉換器與單相全橋變頻器所構成。推挽式轉換器將車用之鉛酸電池所提供12V直流電壓提升至200V直流電壓,再經由單相全橋變頻器將此直流電源轉換為可調整之110V至120V/60Hz交流電源,供給休旅車上之電器設備使用。本文首先介紹車用變頻器之原理及電路架構,依序說明推挽式轉換器電路原理、單相全橋式變頻器電路原理、正弦脈波寬度調變技術、回授補償器之分析與設計、變頻器之數位訊號處理器程式動作流程、保護電路之分析與設計,最後將實作一車用變頻器,分別由16位元數位訊號處理器及8位元微控制器所控制之。本文提出全數位化之軟體控制方法,實測結果驗證了本電路的正確性與可行性。


This thesis develops an inverter for recreational vehicles and compares the differences between two digital controllers. A front-stage push-pull converter boosts the lead-acid batteries voltage (12 V) to 200 V. Then a post-stage single-phase full-bridge inverter converts the 200-V input voltage to an AC output voltage with an amplitude of 110 V to 120 V and a frequency of 60 Hz, to supply the electrical equipment in recreational vehicles. This thesis also introduces the operation principles and structure of the converter system, including the push-pull converter, the single-phase full-bridge inverter, the sinusoidal pulse width modulation technology, and the analysis and design of the feedback compensator, the digital controllers and the protection circuits. A prototype inverter is built and tested with a 16-bit digital signal processor and an 8-bit microcontroller, respectively. Experimental results verify the correctness and feasibility of the presented inverter system.

摘 要 i Abstract ii 誌 謝 iii 目 錄 iv 符號索引 vii 圖表索引 ix 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 車用變頻器系統架構 2 1.3 章節介紹 5 第二章 推挽式轉換器之原理與設計 6 2.1 推挽式轉換器動作原理 6 2.2 電路設計 8 2.2.1 推挽式轉換器之變壓器設計 8 2.2.2 MOSFET開關之電壓應力及電流應力 10 2.2.3 橋式整流輸出二極體電壓應力及電流應力 10 2.2.4 輸出緩衝電容 11 2.3 電流模式PWM控制器UC3846 11 2.3.1 功率開關切換頻率 12 2.3.2 電流偵測 14 2.3.3 緩啟動/峰值電流限制 15 2.3.4 電壓迴路控制器 16 第三章 全橋式變頻器之原理與設計 17 3.1 變頻器動作原理 17 3.1.1 半橋式變頻器基本架構 17 3.1.2 全橋式變頻器基本架構 18 3.1.3 正弦脈波寬度調變 18 3.2 電路元件選擇考量 23 3.2.1 MOSFET開關之電壓應力及電流應力 23 3.2.2 LC輸出濾波器設計 23 3.3 變頻器回授控制器設計 25 3.3.1 輸出電壓對輸入電壓之頻率響應 26 3.3.2 回授控制器設計 27 第四章 變頻器之軟體控制流程 30 4.1 數位控制器架構 30 4.1.1 數位訊號處理器架構 30 4.1.2 微控制器架構 31 4.2 數位控制器設計方法 32 4.2.1 使用DSP之電壓回授控制 33 4.2.2 使用PIC之電壓回授控制 34 4.3 軟體設計分析 35 4.3.1 使用DSP之主程式 35 4.3.2 使用DSP之中斷程式流程 38 4.3.3 使用PIC之主程式 39 4.3.4 使用PIC之中斷程式流程 42 第五章 變頻器保護電路及周邊電路設計 43 5.1 變頻器緩啟動設計 43 5.2 電池緩啟動設計 44 5.3 顯示器控制設計 44 第六章 實測結果 46 6.1 推挽式轉換器實測 46 6.2 電池緩啟動及變頻器緩啟動實測 48 6.3 DSP控制之變頻器輸出及控制訊號實測 49 6.4 PIC控制之變頻器輸出及控制訊號實測 52 第七章 結論與未來研究方向 57 參考文獻 58

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