臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要用以實現及驗證數位脈波寬度調變控制器之積體電路設計，其中脈波寬度調變技術已廣泛應用於現代電力電子之高效率切換式直流電壓轉換器，以提昇系統電路之性能，並達到省能與高效率之目的。本數位控制電路以PID控制器之原理為設計基礎，系統的輸出電壓經過類比數位轉換器而成為控制迴授信號，其與參考電壓之差值所產生的誤差信號作為數位控制器的輸入；而數位控制器則以FPGA作為電路實現的元件，並利用硬體描述語言來完成數位電路系統之設計，最後，透過Buck電壓轉換器之系統電路驗證所設計數位控制器之功能與性能。以FPGA實現之數位控制器設計可作為製作積體電路元件之基礎，經由FPGA的實現可進一步驗證數位控制器的基本架構、運作原理與工作效能，進而研究及設計針對不同需求與性能的控制法則，以期使數位脈波寬度調變控制器之積體電路設計更臻於完善。

In this paper, a digital PWM controller of switching converters for the design of integrated circuits is implemented and verified. In order to upgrade the performance of system circuits, the PWM technology is popularly applied to the high efficient switching converters in modern power electronics. The design of digital control circuits are based on the theory and principles of PID controller. The FPGA components are utilized to implement the digital controller using the VHDL design. Finally, the Buck converter is used to demonstrate the functions and performance of the designed digital controller. The FPGA-based digital design may be regarded as the foundation of manufacturing the integrated circuits of PWM controller. The main goal of this paper is to study and implement the digital control laws of PWM switching converters for the specific requirements and performance. The implementation and experiments of the digital PWM controllers will contribute to optimize the design of PWM controller integrated circuits.

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
CHAPTER 1 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與流程 1
1.3 論文架構 3
CHAPTER 2 數位脈波寬度調變控制積體電路之介紹 4
2.1 控制積體電路介紹 4
2.1.1 控制電路架構與特性 5
2.2 輸出電壓取樣電路 7
2.2.1 ADC0820的特性 8
2.2.2 ADC0820的工作原理 8
2.3 數位補償器電路 11
2.3.1 查表法（Look-up Table）介紹 12
2.4 數位脈波寬度調變器 13
2.4.1 數位脈波寬度調變器之架構 14
CHAPTER 3 數位控制器之介紹與設計方法 17
3.1 數位控制器介紹 17
3.1.1 Z轉換 19
3.1.2 離散系統的穩定性 19
3.2 數位PID控制器 21
3.3 數位補償器 23
CHAPTER 4 數位脈波寬度調變控制積體電路之實現 27
4.1 VHDL硬體描述語言簡介 29
4.2 A/D轉換器 29
4.2.1 VHDL描述A/D轉換器控制信號 32
4.3 數位補償器 33
4.3.1 VHDL描述數位補償器 35
4.4 數位脈波寬度調變器 38
4.3.1 VHDL描述數位脈波寬度調變器 39
CHAPTER 5 數位脈波寬度調變控制積體電路之模擬驗證 43
5.1 A/D轉換器之模擬驗證 44
5.2 數位補償器之模擬驗證 45
5.3 數位脈波寬度調變器之模擬驗證 45
5.4 數位脈波寬度調變控制積體電路之模擬驗證 46
CHAPTER 6 結論與未來研究方向 61
6.1 結論 61
6.2 未來研究方向 62
參考文獻 63

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