臺灣博碩士論文加值系統

本研究研製一部可應用於直流供電系統之非隔離型雙向直流/直流轉換器，其電路架構為四相交錯式雙向直流轉換器，開關切換頻率採變頻控制，以降低循環損耗。轉換器全程操作在DCM模式，不僅可減少電感值和電感體積，進而提昇功率密度，還可藉由開關的控制，讓轉換器進入同步導通模式，進行開關的軟切換以提高轉換效率。轉換器之控制採用單晶片Renesas RX62T來調變切換元件之脈波寬度(Pulse-Width Modulation, PWM)、執行類比數位轉換以及電路保護機制等功能。當直流鏈端(高壓側)之能量大於負載所消耗能量且電池側(低壓側)電壓過低時，其轉換器操作在降壓模式；當直流鏈端(高壓側)能量不足且電池側(低壓側)電壓夠高時，其轉換器操作在昇壓模式，供給直流鏈端(高壓側)所需能量。最後本研究實際製作一部具軟切換之交錯式雙向直流轉換器，並藉由實測結果來驗證此架構的功能以及適用性。

This thesis presents design and implementation of an interleaved bidirectional dc/dc converter for dc distribution system. A four-phase interleaved bidirectional dc-dc converter is adopted, which uses switching frequency modulation method for reducing circulating loss. This circuit is operated in SCM to reduce inductor volume and increase power density. Moreover, the circuit allows synchronous mode operation to achieve zero-voltage switching. A Reneses RX62T microprocessor realizes almost all of the functions, such as circuit protection, generation of PWM signals and A/D conversion, etc. If the load voltage drops below the nominal value, the converter operates in buck mode to regulate the load voltage. On the other hand, if the load power is higher than the desired value and the voltage at the battery side is low, the converter operates in boost mode. Finally, an interleaved bidirectional DC/DC converter is implemented to verify the feasibility and characteristic of the circuit.

中文摘要 i
英文摘要 ii
目錄 iii
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機與目的 2
1-2-1 轉換器的比較 4
1-3 論文大綱 8
第二章 交錯式雙向轉換器 9
2-1 多相交錯式直流轉換器 9
2-1-1 電流漣波與責任週期的關係 10
2-1-2 雙向直流轉換器 13
2-2 四相交錯式雙向轉換器 14
2-2-1 動作原理 16
2-2-2 昇壓模式 17
2-2-3 降壓模式 23
2-3 雙向轉換器設計 29
2-3-1 電感設計 29
2-3-2 變頻公式 33
2-3-3 負電流最佳化控制 34
第三章 系統訊號周邊電路 35
3-1 輔助電源 35
3-2 電壓偵測電路 39
3-3 電流偵測電路 40
3-4 精密全波整流電路 41
3-5 數位訊號控制器電壓保護電路 42
3-6 硬體保護電路 43
3-7 開關驅動電路 44
3-8 上下臂開關互鎖電路 45
第四章 韌體規劃 46
4-1 微處理器介紹 47
4-2 程式流程 52
4-2-1 系統主程式 52
4-2-2 緩啟動副程式 53
4-2-3 GPT中斷副程式 54
4-2-4 保護副程式 55
第五章 電路製作作與量測結果 56
5-1 電氣規格 56
5-2 實務考量 58
5-2-1 上下臂開關驅動電路導通 58
5-3-2 開關寄生二極體之逆向回復電流影響 60
5-3 單相系統實測驗證 62
5-3-1 昇壓模式 62
5-3-2 降壓模式 69
5-4 四相交錯式系統實測驗證 77
第六章 結論與未來研究方向 79
6-1 結論 79
6-2 未來研究方向 80
參考文獻 81

參考文獻
[1] 黃裕欽，“隔離型雙向直流/直流轉換器研製”，國立中正大學電機工程研究所碩士論文，民國98年。
[2] 吳財福、陳裕愷、張健軒，太陽光電能供電與照明系統綜論，全華，2007。
[3] 綠能趨勢網 http://www.energytrend.com.tw/ev.html
[4] 新通訊元件雜誌 http://www.2cm.com.tw/index.asp
[5] Michael O’Loughlin, “An Interleaved PFC Pre-Regulator for high Power Converter,” Texas Instruments Power Supply Design Seminer, SME1700, 2006.
[6] EPARC，電力電子學综論，全華科技圖書，2008。
[7] Junhong Zhang, Jih-Sheng Lai, Rae-Young Kim and Wensong Yu, “High-Power Density Design of a Soft-Switching High-Power Bidirectional dc-dc Converter,” IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 22, no.4, pp.1145 - 1153, 2007。
[8] Jih-Sheng Lai, Ben York, Ahmed Koran, Younghoon Cho, Bret Whitaker, and Hidekazu Miwa, “High-efficiency design of multiphase synchronous mode soft-switching converter for wide input and load range,” Proceedings of Applied Power Electronics Conference, pp. 1849 - 1855, 2010。
[9] Wensong Yu, Jih-Sheng Lai, “Ultra High Efficiency Bidirectional DC-DC Converter With Multi-Frequency Pulse Width Modulation,” Proceedings of Applied Power Electronics Conference, pp. 1079 - 1084, 2008。
[10] Wensong Yu, Hao Qian and Jih-Sheng Lai, “Design of High-Efficiency Bidirectional DC-DC Converter and High-Precision Efficiency Measurement,” IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 25, no.3, pp.650 - 658, 2010。
[11] 梁適安，交換式電源供給器之理論實務設計，全華書局，1994
[12] UC3843 datasheet.
[13] HY 50-P datasheet.
[14] TLP350 datasheet.
[15] 紀欣亞，“非隔離型雙向轉換器研製”，國立中正大學電機工程研究所碩士論文，民國101年。
[16] RX62T Group Datasheet Rev. 1.10, Renesas, 2011.
[17] CMF20120 datasheet.