本研究探討應用模糊控制於可程式之非反向同步升降壓直流電

源轉換器之設計。整體架構分為非反向同步升降壓直流電源轉

換器與微控制器兩部分。非反向同步升降壓直流電源轉換器負

責電源升降壓穩壓動作，微控制器透過光敏電阻控制轉換器之

輸出電壓。此系統中應用了光敏電阻，由於光敏電阻之物理模

型極為複雜，因此對光敏電阻之物理模型進行深入之探討，並

設計模糊控制器解決光敏電阻物理模型複雜之問題。最後利用

本設計成功的執行鋰電池充電，驗證本設計的實用性。

關鍵字: 同步升降壓直流電源轉換器、光敏電阻、模糊控制。

This thesis discusses the fuzzy logic control for a programmable non-inverting 

synchronous buck-boost DC/DC power converter design. The system contains two 

major subsystems, namely, a non-inverting synchronous buck-boost power converter 

and a microcontroller based control unit. The system uses a light dependent resistor 

(LDR) to bridge the control of the power converter. Due to complexities of the 

dynamic model of the LDR, a comprehensive study of the dynamical behavior of the 

LDR is conducted. A fuzzy logic controller is then developed to achieve a satisfactory 

design. The proposed design is successfully verified through a Li-ion battery charging 

experiment.

目錄
第一章	緒論	1
第二章	系統設計	6
2.1 非反向同步式直流-直流升降壓轉換器模組	6
2.2 微控制器模組	16
第三章	LDR光敏電阻之模型分析	27
3.1 靜態模型分析	27
3.2動態模型分析	31
第四章	模糊控制系統設計	42
4.1系統分析	42
4.2模糊控制器設計	51
第五章	系統軟體設計	58
4.1	微控制器模組軟體設計	59
4.2接收端介面程式設計流程	67
第六章	硬體實作與驗證	70
6.1開路電壓暫態控制實驗	70
6.2定電壓暫態控制實驗	74
6.3定電流暫態控制實驗	76
6.4 鋰電池充電實驗	78
第七章	結論	80
參考文獻	81
附錄一	84
圖目錄
圖1-1 太陽能最大功率追蹤使用升壓轉換器[1]	3
圖1-2太陽能最大功率追蹤使用SEPIC轉換器[1]	3
圖2-1 可程式化之直流-直流升降壓電源轉換器系統方塊圖	6
圖2-2 可程式化之直流-直流升降壓電源轉換器系統架構圖	7
圖2- 3 LTC3789參考電路[2]	8
圖2- 4工作頻率與FREQ腳位偵測電壓關係圖	9
圖2- 5 非反向同步是升降壓直流-直流電源轉換器模組電路圖	13
圖2- 6 非反向同步是升降壓直流-直流電源轉換器模組電路板	14
圖2- 7 效率測試	14
圖2- 8 輸出負載誤差測試	15
圖2- 9 負載誤差測試	15
圖2-10 控制器架構圖	16
圖2-11 MAX4080基本電路圖[22]	18
圖2- 12 VCCS架構圖	19
圖2-13 二階低通濾波器架構圖	20
圖2-14 微控制器模組微控制器電路圖	22
圖2-15微控制器模組濾波器電路圖	23
圖2-16微控制器模組類比/數位轉換器電路圖	24
圖2-17微控制器模組FT-232電路圖	25
圖2-18微控制器模組電源電路圖	26
圖3-1 LDR靜態模型實驗電路	27
圖3-2 LDR 光敏電阻值與輸入電流關係圖	28
圖3-3 LOG座標之光敏電阻值與輸入電流關係圖	29
圖3-4 Curve fitting後之LOG座標之光敏電阻值與輸入電流關係圖	30
圖3-5 Curve fitting後之LOG座標之光敏電阻值與輸入電流誤差圖	30
圖3-6動態模型實驗電路圖	31
圖3-7 VC由0.1V到1V	33
圖3-8 VC由1V到2V	33
圖3-9 VC由2V 到3V	34
圖3-10 VC由0.1V 到2V	34
圖3-11 VC由1V 到3V	35
圖3-12 VC由0V 到3V	35
圖3-13 VC由1V 到4V	36
圖3-14 VC由0V 到4V	36
圖3-15 VC由2V 到3V	37
圖3-16 VC由0.1V到1V時 之變化	37
圖3-17 VC由1V到2V時 之變化	38
圖3-18 VC由2V到3V時 之變化	38
圖3-19 VC由0.1V到2V時 之變化	39
圖3-20 VC由1V到3V時 之變化	39
圖3-21 VC由0.1V到3V時 之變化	40
圖3-22 VC由1V到4V時 之變化	40
圖3-23 VC由0.1V到4V時 之變化	41
圖3-24 VC由0.1V到5V時 之變化	41
圖4-1系統架構圖	42
圖4-2 升降壓轉換器輸出關係圖	43
圖4-3  電阻與電壓輸出關係圖	44
圖4- 5   電阻與電壓輸出關係圖	45
圖4- 6 需求 所對應之輸入電壓	46
圖4- 7 VCCS電路圖	47
圖4- 8  輸出與D/A Count關係圖	48
圖4- 9  輸出與控制信號關係圖	49
圖4- 10 Vout輸出推導流程圖	49
圖4- 11 實際系統輸出與D值關係圖	50
圖4- 12 實際系統輸出與計算輸出比較圖	51
圖4- 13模糊控制器架構圖	53
圖4- 14 之歸屬函數	54
圖4- 15 之歸屬函數	54
圖4- 16 定電流 之歸屬函數	55
圖4- 17 定電壓 之歸屬函數	55
圖4- 18 與Vout之關係圖	56
圖5- 1微控制器模組程式設計主流程圖	61
圖5- 2微控制器模組程式設計初始化流程圖	62
圖5- 3微控制器模組程式設計計時器一中斷副程式流程圖	63
圖5- 4微控制器模組程式設計模糊增益計算流程圖	64
圖5- 5微控制器模組程式設計資料傳輸流程圖	65
圖5- 6接收端介面解碼流程圖	69
圖6- 1實驗設備	70
圖6-2 D=200~600 上升波形	71
圖6-3 D=200~600 下降波形	72
圖6-4 D=200~1000 上升波形	72
圖6-5 D=200~1000下降波形	73
圖6- 6 D=200~1400上升波形	73
圖6-7 D=200~1400下降波形	74
圖6-8 8伏特至12伏特上升波形	75
圖6-9 8伏特至12伏特下降波形	76
圖6-10 1A至2A上升波形	77
圖6-11 2A至1A 下降坡形	77
圖6- 12 鋰電池充電控制電壓輸出圖	78
圖6- 13 鋰電池充電控制電流輸出圖	79
表目錄
表4-1 模糊規則庫	57
表5-1 微控制器模組資料傳輸編碼格式	66

[1]	Digitally Controlled HV Solar MPPT DC-DC ConverterUsing C2000™ Piccolo™ Microcontroller
http://www.ti.com/lit/an/sprabr6/sprabr6.pdf
[2]	Linear Technology, Datasheet,”LTC3789”,2011
[3]	Microchip Technology Inc., Datasheet, “dsPIC33FJ32GP302/304,dsPIC33FJ64GPX02/X04, anddsPIC33FJ128GPX02/X04 Data Sheet”
[4]	梁淳剛，可程式之非反向同步式升降壓直流-直流電源轉換器設計，淡江大學航空太空工程學系碩士班，民國93年
[5]	宮志華，太陽能無人飛行載具機載電腦電力電源管理系統設計，淡江大學航空太空工程學系碩士班，民國93年
[6]	楊秉穎，太陽能電力電源管理系統測試環境建立與系統驗證，淡江大學航空太空工程學系碩士班，民國96年
[7]	吳宗興，微機電慣性量測組件驗證環境之設計，淡江大學航空太空工程學系碩士班，民國97年
[8]	張明宇，微機電慣性量測組件設計驗證及整合等行運算之研究，淡江大學航空太空工程學系碩士班，民國99年
[9]	溫奕勛，直升機自主懸停研究，淡江大學航空太空工程學系碩士班，民國98年
[10]	詹家儒，無人飛行載具機載電腦太陽能電力最大功率追蹤系統，淡江大學航空太空工程學系碩士班，民國93年
[11]	馬阡蔚，以電化學模式為核心之鋰電池充電流程模擬與分析，淡江大學航空太空工程學系碩士班，民國101年
[12]	陳彥勳，以非反向同步升降壓電壓源轉換器執行鋰電池充電之動態模式探討與模擬，淡江大學航空太空工程學系碩士班，民國100年
[13]	王進德，類神經網路與模糊控制理論入門與應用，全華書局出版，民國95年
[14]	Chun-Liang Liu, Yi-Shun Chiu, Yi-Hua Liu, Yeh-Hsiang Ho and Shu-Syuan Huang,” Optimization of a Fuzzy-Logic-Control-Based Five-Stage Battery Charger Using a Fuzzy-Based Taguchi Method”, Energies 2013, 6, 3528-3547
[15]	Abdelsalam Ahmed Abdelsalam and Shumei Cui, “A Fuzzy Logic Global Power Management Strategy for Hybrid Electric Vehicles Based on a Permanent Magnet Electric Variable Transmission”, Energies 2012, 5, 1175-1198
[16]	Air Flow Control Using Fuzzy Logic
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00600b.pdf
[17]	Lal Bahadur Prasad, Hari Om Gupta, Barjeev Tyagi,”Intelligent Control of Nonlinear Inverted Pendulum Dynamical System with Disturbance Input using Fuzzy Logic Systems”, 2011 International Conference on Recent Advancements in Electrical, Electronics and Control Engineering
[18]	G.S. Nhivekar, S.S. Nirmale, R.R. Mudholker,”Intelligent Control of Nonlinear Inverted Pendulum Dynamical System with Disturbance Input using Fuzzy Logic Systems”, International Journal of Engineering, Science and Technology Vol. 3, No. 4, 2011, pp. 276-283
[19]	Chunwei Song, Rongxiang Zhao, Huan Yang, Zheng Zeng, Jing Wu, “Using fuzzy control for parallel-inverter system with nonlinear-load’, Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2010 International Conference on
[20]	Yong-Yan Cao, Zongli Lin, “Robust Stability Analysis and Fuzzy-Scheduling Control for Nonlinear Systems Subject to Actuator Saturation, IEEE TRANSACTIONS ON FUZZY SYSTEMS, VOL. 11, NO. 1, FEBRUARY 2003
[21]	Bor-Sen Chen, Yung-Yue Chen, Chun-Liang Lin, “Nonlinear Fuzzy   Guidance Law With Saturation of Actuators Against Maneuvering Targets”, IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY, VOL. 10, NO. 6, NOVEMBER 2002
[22]	Maxim Integrated, Datasheet, ”Max4080/81”, 2011