臺灣博碩士論文加值系統

本論文旨在研製一高效率全橋雙向DC/DC轉換器，且運用在降壓模式的儲能-鉛酸電池充電和升壓模式的電源供給-直流埠。當轉換器處於降壓模式，以定電流對電池充電；反之，在升壓模式，則以定電壓的方式提供能量給負載。本研究之雙向轉換器使用UC3875作PWM控制器，利用相移後之信號時序，調變工作週期，達到升降壓的目的。本文所設計實作之雙向轉換器，在升壓模式下的規格為：輸入48V、輸出380V及最大轉換功率為500W，實驗之最高轉換效率為89.8%；在降壓模式下的規格為：輸入380V，輸出則以48V鉛酸蓄電池組作為負載，採用定電流/定電壓充電模式，最大充電功率為500W時，實驗之最高轉換效率為90.74%。

This thesis aims to develop a highly efficient bi-directional full-bridge DC / DC converter, in which energy storage in buck mode is for lead-acid battery charging and power supply in boost mode is for DC bus. When the converter is in buck mode, it provides constant current for charging the battery; conversely, in boost mode, it will provide energy for DC bus with constant voltage. Bidirectional converter for this study uses the UC3875 PWM controller using phase-shift to realize the buck and boost modes. This study implements the bi-directional converter in boost mode, specified as Input 48V, 380V and maximum output power converter 500W, to achieve the highest conversion efficiency of 89.8% ; in buck mode, specified as Input 380V, loaded with a set of 48V lead-acid battery using constant-current /constant-voltage charging (CC-CV) mode. For the maximum charging power of 500W, the highest conversion efficiency was 90.74%.

目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究內容 1
1.3 論文大綱 5
第二章 全橋雙向DC/DC轉換器原理分析 6
2.1 全橋雙向DC/DC轉換器電路系統分析 6
2.2 升壓模式 6
2.3 降壓模式 16
第三章 系統控制 22
3.1 升壓控制方法 22
3.2 降壓控制方法 32
第四章 鉛酸電池與充放電技術 34
4.1 電池簡介 34
4.2 鉛酸電池操作原理與特性 35
4.3 充電技術簡介 39
第五章 設計考量 44
5.1 變壓器設計 44
5.2 電感器設計 46
5.3 輸出電容與阻隔電容設計 46
5.4 功率開關選用 48
5.5 電池選用與特性分析 49
第六章 實驗與量測 51
6.1 設計實例 51
6.2 實驗系統建立 57
6.3 波型量測與分析 57
6.3.1升壓模式波形 58
6.3.2降壓模式波形 65
6.4 效率分析 73
6.5 電池充放電現象分析 74
第七章 結論與未來展望 78
7.1 結論 78
7.2 未來展望 78
參考文獻 79


圖目錄
圖1.1 全橋雙向DC/DC轉換器系統 4
圖2.1 全橋雙向DC/DC轉換器電路架構圖 6
圖2.2 升壓模式電路圖 7
圖2.3 升壓模式功率開關控制信號與ILL、VNP 8
圖2.4 升壓模式State 1動作模式 10
圖2.5 升壓模式State 2動作模式 11
圖2.6 升壓模式State 3動作模式 12
圖2.7 升壓模式State 4動作模式 13
圖2.8 邊界導通模式之電感電流波形 15
圖2.9 降壓模式電路圖 16
圖2.10 降壓模式控制器輸出與變壓器電流IS、VAB波形 17
圖2.11 降壓模式State 1動作模式 18
圖2.12 降壓模式State 2動作模式 19
圖2.13 降壓模式State 3動作模式 20
圖2.14 降壓模式State 4動作模式 20
圖2.15 降壓模式State 5動作模式 21
圖3.1 轉換器系統方塊圖 22
圖3.2 升壓模式系統方塊圖 23
圖3.3 UC3875封包示意圖 24
圖3.4 UC3875內部方塊圖 25
圖3.5 工作頻率選擇對照圖 29
圖3.6 TLO74腳位、加法器電路圖 30
圖3.7 UC3875相移產生PWM 30
圖3.8 實際控制波形 31
圖3.9 VO3120驅動電路方式 31
圖3.10 降壓模式系統方塊圖 32
圖3.11 相移式全橋轉換器驅動訊號控制方式 33
圖3.12 相移式全橋轉換器驅動訊號實際波形 33
圖4.1 電池分類 35
圖4.2 鉛酸電池內部構造示意圖 37
圖4.3 定電壓充電法之充電特性曲線 40
圖4.4 定電流充電法之充電特性曲線 41
圖4.5 定電流定電壓充電法之充電特性曲線 42
圖4.6 脈衝充電法之充電特性曲線 43
圖5.1 功率半導體元件電壓電流範圍 48
圖5.2 切換頻率與額定容量範圍 49
圖5.3 電池充電曲線 50
圖5.4 電池放電曲線 50
圖6.1 降壓模式實體電路 51
圖6.2 降壓模式實體電路 52
圖6.3 EE-55 鐵芯資料表 53
圖6.4 實驗系統方塊圖 57
圖6.5 升壓模式實驗系統方塊圖 58
圖6.6 100W時VgsA、VdsB、idsA波形 59
圖6.7 100W時VgsA、VgsB、VdsA、VdsB波形 59
圖6.8 250W時VgsA、VdsB、idsA波形 60
圖6.9 250W時VgsA、VgsB、VdsA、VdsB波形 60
圖6.10 500W時VgsA、VdsB、idsA波形 61
圖6.11 500W時VgsA、VgsB、VdsA、VdsB波形 61
圖6.12 100W時VgsA、VgsB、VAB、iLL波形 62
圖6.13 100W時Vo、Io波形 62
圖6.14 250W時VgsA、VgsB、VAB、iLL波形 63
圖6.15 250W時Vo、Io波形 63
圖6.16 500W時VgsA、VgsB、VAB、iLL波形 66
圖6.17 500W時Vo、Io波形 67
圖6.18 降壓模式實驗系統方塊圖 65
圖6.19 100W時Vgs1、Vgs2、Vds1、Vds2波形 65
圖6.20 250W時Vgs1、Vgs2、Vds1、Vds2波形 66
圖6.21 500W時Vgs1、Vgs2、Vds1、Vds2波形 66
圖6.22 100W時Vgs1、Vgs2、VAB、iLL波形 67
圖6.23 100W時VAB、ip、iLL波形 67
圖6.24 100W時Vo、Io波形 68
圖6.25 250W時Vgs1、Vgs2、VAB、iLL波形 69
圖6.26 250W時VAB、ip、iLL波形 69
圖6.27 250W時Vo、Io波形 70
圖6.28 500W時Vgs1、Vgs2、VAB、iLL波形 71
圖6.29 500W時VAB、ip、iLL波形 71
圖6.30 500W時Vo、Io波形 72
圖6.31升降壓效率曲線圖 74
圖6.32電池電壓及電流充電曲線 75
圖6.33電池電壓及SOC曲線圖 76
圖6.34電池電壓及電流放電曲線 77
圖6.35電池電壓及SOC曲線圖 77
表目錄
表1.1 常見的隔離型雙向直流轉換器 3
表3.1 UC3875各腳位介紹 25
表6.1 升壓模式設計規格 51
表6.2 降壓模式設計規格 52
表6.3 升壓效率規格 73
表6.4 升壓效率數據表 73
表6.5 降壓效率規格 73
表6.6 降壓效率數據表 74

參考文獻
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