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系統識別號 U0002-0908201212570400
中文論文名稱 可程式之非反向同步式升降壓直流-直流電源轉換器設計
英文論文名稱 Design of a Programmable Non-inverting Synchronous Buck-Boost DC-DC Power Converter
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 梁淳剛
研究生英文姓名 Chun-Kang Liang
學號 699430137
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-06-27
論文頁數 86頁
口試委員 指導教授-蕭照焜
委員-蕭照焜
委員-馬德明
委員-周明
中文關鍵字 最大功率追蹤  同步升降壓轉換器  可程式化穩壓控制 
英文關鍵字 buck-boost power converter  programmable power control  maximum Power point tracking 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 本論文主要設計可程式之非反向同步式升降壓直流-直流電源轉換器。整體架構分為直流-直流電源轉換器與微控制器兩部分。直流-直流電源轉換器負責執行升壓、降壓或是升降壓的動作,微控制器負責讀取數據,判斷該執行升壓、降壓或是升降壓後,控制直流-直流電源轉換器執行相對應之動作。
此一系統架構在本論文中使用在太陽能電源系統的最大功率追蹤,藉由微控制器判斷功率點後,控制直流-直流電源轉換器執行升降壓,來達到最大功率點,以取得最佳效率提供給負載端所需電源,透過修改程式,此一架構也可以應用在電源穩壓器上或是鋰電池充放電管理系統。
我們測試其轉換效率並利用太陽能模擬機進行最大功率追蹤測試,再直接以太陽光進行最大功率追蹤測試,確定其有辦法正確運作後,最後將其安置在UAV上進行飛行測試。
英文摘要 This thesis presents the design of a programmable non-inverting synchronous buck-boost dc-dc power converter. The system contains two major subsystems, namely, a synchronous buck-boost power converter and a control unit. The buck-boost converter is capable of converting the source supply voltage to higher and lower voltages to the load terminal with voltage polarity unchanged. The voltage regulation is achieved through the control of a specially designed feedback circuit using a light dependent resistor from the control unit. A feedback control system to ensure the performance of the power converter is established. The hardware/software integrated and function tested prototype system is built in the laboratory. The system is successfully utilized for the maximum point tracking for the solar power management system using natural sunlight as the irradiance source. The system can be tailored to other power control applications through minor modification to the software of the control unit.
論文目次 目錄
致謝 2
目錄 i
圖目錄 iv
表目錄 viii
符號定義 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 2
1.2 文獻回顧 4
1.3 論文架構 5
第二章 升降壓轉換器 6
2.2 升壓 6
2.3 升降壓 7
2.4 降壓 8
第三章 系統設計 10
3.1 系統架構 10
3.2 升降壓電源轉換器 14
3.3 電流量測晶片 20
3.4 微控制器 22
3.4.1 光敏電阻 28
3.4.2 電壓控制電流源 38
3.4.3 數位轉類比 40
3.4.4 二階低通濾波器 41
3.5 控制升降壓測試 42
3.6 回授控制 46
3.7 電流控制 53
3.8 資料讀取 54
第四章 最大功率追蹤 56
4.1 最大功率追蹤 56
4.2 程式設計 58
第五章 最大功率追蹤測試 61
5.2 模擬 61
5.3 實際測試 64
第六章 結論與未來展望 69
參考文獻 70
一、前言 72
二、升降壓轉換器 72
三、系統設計 73
四、最大功率追蹤 81
五、最大功率追蹤測試 82
六、結論 85
參考文獻 85

圖目錄
圖2.1 同步升降壓轉換器示意圖 6
圖2.2 升壓型電感充電 7
圖2.3 升壓型電感放電 7
圖2.4 升降壓型電感充電 8
圖2.5 升降壓型電感放電 8
圖2.6 降壓型電感充電 9
圖2.7 降壓型電感放電 9
圖3.1 系統架構 12
圖3.2 太陽能電池 14
圖3.3 、 關係圖 15
圖3.4 穩壓電路板 16
圖3.5 +9V升壓結果 17
圖3.6 12V升降壓結果 17
圖3.7 +17V降壓結果 18
圖3.8 +25V降壓結果 18
圖3.9 MAX4080測試架構 20
圖3.10 MAX4080(I_V曲線) 22
圖3.11 LDR與分壓關係圖 23
圖3.12 Control Circuitry電路 24
圖3.13 Control Circuitry流程 24
圖3.14 微控制器架構 25
圖3.15 架構 27
圖3.16 LDR測試架構 28
圖3.17 LDR(I-R曲線) 30
圖3.18 LDR串聯(I-R曲線) 31
圖3.19 串聯LDR取對數(I-R) 33
圖3.20 Curve fitting 34
圖3.21 VCCS架構圖 38
圖3.22 D/A架構圖 41
圖3.23 Low pass filter架構圖 42
圖3.24 控制升降壓 45
圖3.25 控制升壓 45
圖3.26 控制降壓 46
圖3.27 迴授控制架構 46
圖3.28 迴授控制升降壓 48
圖3.29 迴授控制升壓 48
圖3.30 迴授控制降壓 49
圖3.31 1Hz濾波結果 50
圖3.32 10Hz濾波結果 50
圖3.33 20Hz濾波結果 51
圖3.34 0.01 3Hz迴授控制 52
圖3.35 0.007 3Hz迴授控制 52
圖3.36 PI Control 53
圖3.37 電流迴授控制 54
圖3.38 USB轉換硬體(反面) 55
圖3.39 USB轉換硬體(正面) 55
圖4.1 最大功率追蹤架構 56
圖4.2 擾動觀察法流程 58
圖4.3 最大功率追蹤程式流程 60
圖5.1 太陽能模擬機 61
圖5.2 太陽能電池MPPT輸出電壓(大面積) 64
圖5.3 太陽能電池MPPT輸出電流(大面積) 64
圖5.4 太陽能電池並聯示意圖 65
圖5.5 無風扇太陽能電池輸出電壓 66
圖5.6 無風扇太陽能電池輸出電流 66
圖5.7 無風扇太陽能電池輸出功率 67
圖5.8 有風扇太陽能電池輸出電壓 67
圖5.9 有風扇太陽能電池輸出電流 68
圖5.10 有風扇太陽能電池輸出功率 68

表目錄
表3.1 太陽能電池規格(大面積) 13
表3.2 太陽能電池規格(小面積) 13
表3.3 穩壓測試數據 19
表3.4 MAX4080測試數據 21
表3.5 LDR測試數據 29
表3.6 LDR串聯數據 32
表3.7 數據比較 35
表3.8 D/A輸出邏輯 41
表3.9 輸出電壓誤差 44
表3.10 回授控制誤差 47
表4.1 P-V關係 59
表5.1 升降壓測試數據 62
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