臺灣博碩士論文加值系統

本論文提出一利用調控開關頻率為基礎之順滑模態控制器，並將其應用在高效率具零電壓切換之交錯式降升壓轉換器上。順滑模態控制的優點為對外部干擾具有強健性：即使在元件參數變化或者是其他擾動發生時，系統軌跡依然能維持在所設計的順滑函數上；亦即系統能維持穩定的輸出。本論文首先利用一轉換矩陣法將系統動態方程式作適當的轉換，接著使用根值指定法，得到所需的順滑函數，並使系統具穩定性。最後再利用迫近順滑條件，證明系統在有限的時間內會產生順滑模態。
本論文採用的順滑模態控制即使在負載變動和干擾存在的情況下，依然能保證交錯式降升壓轉換器之穩定度。而所提出的順滑模態控制器，則是在德州儀器生產的32位元的數位訊號處理器TMS320F2812來實現。最後經由實作來驗證所設計的控制器能有效的應付負載的變動並維持輸出的穩定。

The thesis proposes a frequency-modulation based sliding mode control (SMC), which is applied on control of an interleaved buck-boost converter with zero-voltage transition.The merit of a SMC is its robustness upon disturbance; that is, even variation of component parameter or other disturbance happen, the system trajectory can be clamped on the designed sliding surface to provide stabilized output. In this thesis, matrix transforming method is first applied to appropriately transform to an appropriate form. Then pole assignment method is used to obtain the required sliding function to stabilize the system. Finally, the approaching sliding condition is proven by Lyapunov condition that the system can reach sliding mode within bounded time.
By sliding mode control, even load adjusting or existing disturbance situations, the interleaved buck-boost converter can be stabilized. The controller used here is a 32-bit digital signal processor - TMS320F2812. The system is verified by experiment that the controller can handle the load changes and maintaining stabilized output.

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖表目錄 VI
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目的與大綱 5
第二章 交錯式降升壓轉換器之數學模型 7
2.1 電路架構 7
2.1.1 交錯式降升壓轉換器的穩態分析 8
2.1.2 電路動作原理 10
2.2 考慮非理想元件的狀態空間平均與線性化 12
2.3 系統的控制性與穩定性 28
第三章 交錯式降升壓轉換器之順滑控制器設計 31
3.1 可變結構控制理論 31
3.2 順滑模態控制原理 32
3.3 積分式順滑控制原理 37
3.4 順滑模態控制器的設計 38
第四章 交錯式降升壓轉換器之參數設計 43
4.1 電路參數設計 43
4.1.1 輔助電感Ls值之設計 43
4.1.2 電感L1、L2值之設計 45
4.1.3 輸出電容Co之設計 45
4.1.4 開關元件的選擇 47
4.1.5 二極體元件的選擇 47
4.2 電路參數設計流程 48
4.3 控制與回授電路 49
4.3.1 控制核心 49
4.3.2 電壓回授電路 50
4.3.3 電流回授電路 51
4.3.4 隔離驅動電路 52
4.4 軟體的規劃 52
4.4.1 主程式規劃 52
4.4.2 中斷副程式規劃 54
第五章 實驗結果 55
5.1 電路參數設計 55
5.2 控制器參數 57
5.3 實驗結果 59
第六章 結論與未來研究方向 65
6.1 結論 65
6.2 未來研究方向 65
參考文獻 67

圖1-1基本DC-DC降壓式轉換器 2
圖1-2基本DC-DC升壓式轉換器 2
圖1-3基本DC-DC降升壓式轉換器 3
圖1-4具零電壓切換之交錯式降壓式轉換器 3
圖1-5具零電壓切換之交錯式升壓式轉換器 4
圖2-1零電壓切換之交錯式降升壓轉換器方塊圖 7
圖2-2交錯式零電壓切換之降升壓式轉換器 8
圖2-3零電壓切換之交錯式降升壓轉換器理論波形圖 9
圖2-4模式I的電路 10
圖2-5模式II的電路 11
圖2-6模式III的電路 11
圖2-7模式IV的電路 12
圖2-8非理想模型之轉換器等效電路 13
圖2-9模式I的等效電路 14
圖2-10模式III的等效電路 17
圖2-11模式V的等效電路 19
圖2-12模式VII的等效電路 21
圖2-13電感電流與開關訊號的關係 24
圖2-14電感電流與開關訊號的關係 25
圖3-1切換條件與切換函數之關係圖 32
圖3-2順滑模態與迫近模態 33
圖3-3順滑層示意圖 34
圖3-4具遲滯現象之順滑模態 34
圖3-5具積分式與一般順滑模態的系統軌跡 38
圖4-1二極體電流與輸出電容的電壓漣波 46
圖4-2電路參數設計流程圖 49
圖4-3電壓回授電路 50
圖4-4電流回授電路 51
圖4-5光耦合隔離驅動電路 52
圖4-6主程式流程圖 53
圖4-7中斷副程式流程圖 54
圖5-1兩組開關的vGS與vDS 60
圖5-2開關電流iS1與電感電流iLs和iL1 60
圖5-3輸出電壓漣波Δvo、開關電流iS1與二極體電流iD1、iD2 61
圖5-4因負載變動造成輸出無法維持穩定 62
圖5-5負載變動時，經控制後輸出電壓vo與輸出電流io 62
圖5-6積分項係數β為1，其輸出電壓vo與輸出電流io 63
圖5-7積分項係數β為10，其輸出電壓vo與輸出電流io 63
圖5-8積分項係數β為30，其輸出電壓vo與輸出電流io 64
圖5-9效率變化圖 64
表5-1功率550W實驗的電路參數 56

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