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系統識別號 U0002-2002200820293100
中文論文名稱 可調式電源轉接器之設計與實現
英文論文名稱 Design and Implementation for Tunable Adaptors
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 陳曉雯
研究生英文姓名 Hsiao-Wen Chen
學號 794350123
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-12-05
論文頁數 61頁
口試委員 指導教授-周永山
委員-翁慶昌
委員-胡國英
中文關鍵字 可調變電源轉接器  模糊控制  脈波寬度調變控制 
英文關鍵字 Adaptor  fuzzy control  PWM control 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 本論文提出一電源轉接器輸出電壓可調變之設計,可自動偵測系統負載狀況,在系統輕載時,調低電源轉接器的輸出電壓,來降低直流降壓電路中MOSFET損耗,達到節能之效;而在重載時,則調回原電源轉接器輸出電壓,而不需增加電源轉接器成本。
本設計的核心為一模糊系統晶片包括知識庫、模糊化模組、模糊推論引擎以及解模糊化介面等電路模組,而以Complex Programmable Logic Device (CPLD)實現之。透過輸出電流取樣,經由模糊控制晶片執行模糊運算,產生所需的脈波寬度調變(Pulse Width Modulation, PWM)訊號,來控制欲調變之電源轉接器輸出電壓。本論文應用此設計於筆記型電腦,實驗證實可達到節能、降低系統溫度、降低噪音等功能。此概念可延伸應用於許多家電產品。
英文摘要 This thesis presents an output voltage tunable design for the adaptors. The design consists of a scheme which can automatically detect the load conditions. Accordingly, the output voltage of the adaptors is tuned to be smaller in the light load, which in turn reduces the associated MOSFET loss so as to achieve the purpose of saving energy. Whereas in heavily load, the output voltage of the adaptors is tuned back to the normal value.
The core of the design is a fuzzy system chip implemented by Complex Programmable Logic Device (CPLD), which is comprised of Fuzzifier Module, Fuzzy Knowledge base (FKB), Fuzzy Inference Engine and Defuzzifier Module. Having obtained the current sampled data, a PWM signal is produced through the operation of the fuzzy system chip. The pwm signal is fed into the adaptors to adjust the adaptor output voltage in order to align with the desired reference voltage. In this thesis the design has been applied to a notebook. Experimental results demonstrate that the tunable adaptors design can achieve energy saving, temperature reduction and acoustic noise reduction. This idea of the design can be applied to several electrical products.
論文目次 目錄

第一章︰緒論 ……………………………… 1
1.1 研究動機與目的 ……………………………… 1
1.2 系統設計概念 ……………………………… 4
1.3 論文綱要 ……………………………… 5
第二章︰系統架構 ……………………………… 6
2.1 前言 ……………………………… 6
2.2 可調式電源轉接器之系統動作流程介紹 …… 6
2.3 可調式電源轉接器之系統節能介紹 …… 10
2.4 可調式電源轉接器之降低溫度介紹 …… 15
2.4.1 MOSFET介紹 ……………………… 15
2.4.2 MOSFET熱阻簡介 ……………… 17
2.4.3 MOSFET Ron溫度變化介紹 …… 20
2.5 可調式電源轉接器之降低風扇轉速介紹 …… 21
第三章︰硬體架構 ……………………………… 22
3.1 硬體架構說明 …………………… 22
3.2 硬體架構Block1 -- ZXCT1009 …………… 23
3.3 硬體架構Block2 -- TLV1572 ………… 25
3.3.1 TLV1572腳位定義 ……………… 25
3.3.2 TLV1572動作模式流程 ………… 26
3.3.3 TLV1572動作流程 ……………… 27
3.4 硬體架構Block3 -- 模糊控制單元 ……… 29
3.5 硬體架構Block4 -- OP ctrl …………… 31
3.6 系統架硬體架構Block5 -- TLV1572_1回授控
制部份構介紹 ………………………… 33
3.7 完整之硬體架構圖 ……………………… 34
第四章︰模糊控制單元 ……………………………… 35
4.1 知識庫 ……………………………… 37
4.2 模糊化模組 ……………………………… 43
4.3 解模糊化模組 ……………………………… 45
第五章︰使用CPLD實現設計之介紹 …………………… 48
5.1 Altera CPLD簡介 ……………………… 48
5.2 PLD電腦輔助數位電路設計簡介 ……… 49
5.3 硬體描述語言簡介 ……………………… 50
5.4 使用CPLD實現設計之介紹 …………… 51
第六章︰實驗成品與數據結果 ………………………… 53
6.1 成品圖 ………………………………… 53
6.2 成品數據 ………………………………… 55
6.3 成品系統驗證 …………………………… 56
6.3.1電源轉接器耗瓦數變化 …………… 56
6.3.2系統溫度變化 …………… 57
第七章︰結論與未來研究方向 ………………………… 60
附錄 -- 參考文獻 ………………………………… 61

圖目錄

圖1.1 筆記型電腦裝置電壓需求架構圖 ………………………2
圖1.2 可調式電源轉接器調變之電流與電壓關係圖 ……………4
圖2.1 系統架構圖 ………………………………………………7
圖2.2模糊控制架構圖 …………………………………………8
圖2.3電流控制之可調變輸出電壓系統流程圖 ………………9
圖2.4 SMD包裝之MOSFET …………………………15
圖2.5 MOSFET之封裝簡示圖 …………………………16
圖2.6 MOSFET之熱阻簡示圖 …………………………17
圖2.7 MOSFET之熱阻與溫度關係圖 …………………………20
圖2.8溫度和風扇轉速的對應關係 ……………………………21
圖3.1 硬體架構圖 …………………………22
圖3.2 ZXCT1099元件之架構圖及應用線路圖 ……………………23
圖3.3 TLV1572元件腳位圖 …………………………25
圖3.4 TLV1572在DSP模式下的轉換時序圖 …………………27
圖3.5 TLV1572架構圖 …………………………28
圖3.6 d_Vx與模糊控制模組之架構圖 ……………………29
圖3.7電源轉接器輸出電壓與PWM Duty之關係圖 …………30
圖3.8 OP控制之PWM二階濾波器及電壓隨器 …………31
圖3.9 PWM一階濾波器Vo之模擬結果 …………32
圖3.10 PWM二階濾波器Vo之模擬結果 …………32
圖3.11 TLV1572_1架構圖 ………………………33
圖3.12 完整之硬體架構圖 ………………………34
圖4.1 模糊控制模組兩輸入一輸出 …………40
圖4.2 模糊演算法之規屬函數式 ………………47
圖5.1 CPLD硬體架構 ………………52
圖6.1 CPLD與硬體架構與電源轉接器連接之成品圖 ………54
圖6.2電源轉接器為15V時,膝上型電腦之溫度掃瞄器溫度 …58
圖6.3電源轉接器為19V時,膝上型電腦之溫度掃瞄器溫度…59

表目錄

表2.1不同轉接器輸出電壓時,MOSFET之損耗 ………………12
表2.2系統負載變化下之電源轉接器電壓變化與損耗對照表 …14
表2.3固定Tc,推導TJ之關係值 …………………………19
表3.1 Vx之演算規則資料庫 …………………………24
表3.2 Vx之二進制表示法之演算規則資料庫 ………………28
表3.3 Isense與PWM Duty及Vo定義值之演算規則資料庫 ……30
表4.1 Isense與PWM Duty與電源轉接器輸出電壓之對照表…37
表4.2模糊知識庫對照表 ……………………………39
表4.3 X,Y變數演算法之規則庫 …………………………41
表4.4演算法兩輸入之規則庫 ………………………42
表4.5演算法兩輸入之規則庫規則式 ………………44
表4.6 PWM Duty變化對照表 ……………………46
表6.1實驗結果 …………………………55
表6.2電源轉接器輸出電壓與輸入之耗瓦數的關係 ……………56
參考文獻 [1] 王文俊,認識Fuzzy,全華科技圖書股份有限公司,民91年。
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[11] 陳曉雯,宋嘉榮,高家聲,周永山,September 2007, “可調式電源轉接器輸出電壓之設計與實現”, 2007 第六屆台灣電力電子研討暨展覽會,彰化,台灣。
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