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研究生:沈政勛
研究生(外文):Jheng-Syun Shen
論文名稱:應用於微電網系統之6 kW數位控制交錯式雙向直流/直流轉換器
論文名稱(外文):Study and Implementation of a 6 kW Digitally-Controlled Interleaved Bidirectional DC/DC Converter for Micro-grid System Applications
指導教授:羅有綱邱煌仁
指導教授(外文):Yu-Kang LoHuang-Jen Chiu
口試委員:羅有綱邱煌仁
口試委員(外文):Yu-Kang LoHuang-Jen Chiu
口試日期:2013-06-19
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電子工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:雙向直流/直流轉換器零電壓切換交錯式控制三階段式充電ECAN通訊微電網
外文關鍵詞:Bidirectional DC/DC ConverterZero-voltage-switchingInterleaved ControlThree-stage ChargingECAN CommunicationMicro-grid
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本文利用兩組雙半橋無隔離型雙向直流/直流轉換器進行電池及匯流排間的能量轉換,開關以交錯式方法控制,如此可以解決大電流之問題、降低輸入/輸出電流漣波及提升功率密度。且傳統的開關切換方式為硬切式,本文採用不同的控制方式,讓所有開關都能以零電壓切換導通,提升轉換效率。在充電策略方面,本文使用一種三階段式充電法,由第一階段小電流定電流、第二階段大電流定電流到第三階段定電壓充電,如此一來既可實現快速充電的需求,又可兼顧磷酸鋰鐵電池的壽命。由於控制策略複雜且需要抓取大量數據以實現各項功能,難以一般類比IC實現,故本文採用DSP做為中央控制器,最後完成一台6 kW、滿載效率在97%以上、具有ECAN通訊功能之數位控制交錯式雙向直流/直流轉換器。
This thesis presents a parallel interleaved non-isolated bidirectional dual half-bridge (DHB) DC/DC converter. Compared with the conventional hard switching control, a novel zero-voltage-switching (ZVS) control method is studied to improve the conversion efficiency. The interleaved control operation reduces the current ripple and improve the power density. To satisfy the demands for fast charging and long lifetime of LiFePO4 batteries, a three-stage charging scheme is adopted. Finally, a digital signal processor (DSP) is used to implement a 6-kW prototype converter with E-CAN communication function for micro-grid system applications. The experimental results show that the rated-load efficiency is over 97%.
摘 要 I
Abstract II
誌 謝 III
目 錄 V
圖索引 VIII
表索引 XI
第一章 緒論 12
1.1 研究動機與目的 12
1.2 論文內容大綱 13
第二章 微電網與電池充電策略 14
2.1 微電網系統 14
2.2 CAN通訊傳輸 15
2.3 電池充電策略分析 17
2.3.1 定電壓充電法 17
2.3.2 定電流充電法 18
2.3.3 三階段充電法 18
第三章 交錯式雙向轉換器動作原理與模式分析 21
3.1 交錯式雙向直流/直流轉換器原理分析 21
3.2 雙向直流/直流轉換器模式分析 23
3.2.1 放電模式狀態分析 24
3.2.2 充電模式狀態分析 30
3.3 輸出電流漣波分析 36
第四章 數位系統分析與流程規劃 38
4.1 數位控制系統介紹 38
4.1.1 數位控制晶片TMS320F28035簡介 38
4.1.2 雙向轉換電路數位控制系統分析 39
4.2 雙向轉換器軟體流程規劃 40
4.2.1 雙向轉換器整體系統流程圖 40
4.2.2 數位控制系統初始化流程圖 42
4.2.3 放電模式流程圖 43
4.2.4 充電模式流程圖 43
第五章 雙向轉換器參數設計 46
5.1 類比電路元件設計 46
5.1.1 IGBT驅動電路設計 46
5.1.2 電感設計 49
5.1.3 電池端/匯流排端濾波電容設計 51
5.1.4 功率開關元件設計 52
5.1.5 零電壓切換條件 52
5.1.6 相移角度設計 53
5.2 數位參數設計 53
5.2.1 數位暫存器 54
5.2.2 數位變數 55
5.3 PID補償器設計 55
5.3.1 PID補償器介紹 56
5.3.2 PID補償器演算法與設計 57
第六章 電路測試結果分析 60
6.1 放電模式功能測試 60
6.2 充電模式功能測試 62
6.3 零電壓切換驗證 65
6.4 電流漣波波形驗證 65
第七章 結論與未來展望 67
7.1 結論 67
7.2 未來展望 68
參考文獻 70
參考文獻
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