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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:邱俊隆
研究生(外文):Chun-Lung Chiu
論文名稱:直流無刷風扇馬達驅動器之研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of Permanent Magnet Brushless Fan Motor Driver
指導教授:陳一通陳一通引用關係
指導教授(外文):Yie-Tone Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:電機工程系碩士班
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:比例積分控制器直流無刷馬達直流無刷馬達驅動器直流對直流轉換器
外文關鍵詞:PI controller.DC/DC converterBrushless motor driverBrushless motor
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本文針對直流無刷馬達之驅動原理研究,主要是在直流無刷風扇這個領域的架構進行分析,同時也對於直流無刷馬達之驅動器進行分析、設計與研製,而此驅動器之特點除了使整個散熱系統變的聰明之外,並由於所有的電路模組都有備用電源的關係,而使得此一驅動器具有非常長的壽命,此一設計概念乃起因於,在一系統中通常其壽命乃取決於其散熱器之壽命,當一系統之散熱器損壞時,通常系統也會因為散熱不良而導致壽命終結,所以一系統散熱器之壽命是十分重要的。
本文設計之驅動器其主要架構是由四組獨立之直流對直流轉換器組合而成,而其直流對直流轉換器是使用類比IC (UCC2843)產生脈波寬度調變,經由適當的電壓與電流迴路比例積分控制器,產生準確的輸出電壓,而後再經由後級溫度感測元件經過單晶片IC(PIC16C508A)及IC(PIC16F818)計算後回饋到直流對直流轉換器之輸出端,與輸出端之穩壓訊號做耦合之後進而可控制得到一適當的輸出電壓以控制其散熱器之轉速,達成良好的熱穩定系統。最後將各個獨立分析的部份整合應用為一個系統,在此所提出的理論分析都經由實驗驗證,且能達到準確的輸出電壓及電流等良好特性。
Design and implementation of permanent magnet brushless motor driver are proposed in this thesis. The focus is on the DC brushless fan domain and it’s driver. This driver not only provides smart functions, but also has a very long life time due to the redundant function of circuitry modules. The cooler’s life is very important in the system, because when the cooler shuts down, the system life time will be decreased.
With analog IC (UCC2843), a modulated pulse width is produced in the DC/DC converter and a well designed PI controller gives the accurate output voltage. Thermistor provides a signal to the Micro Chip ICs (PIC16C508A and PIC16F818) and then it is fed back to the converter’s output after calculation. This signal from IC will be coupled with the regulated signal from converter’s output to get a suitable voltage to control the fan speed.
The thesis discusses above-mentioned each part and all the theoretical analyses are confirmed by the experiments to achieve the accurate output voltage and good current characteristic.
中文摘要 …………………………………………………………… I
英文摘要 …………………………………………………………… II
誌謝 …………………………………………………………… III
目錄 …………………………………………………………… IV
圖目錄 …………………………………………………………… VII
表目錄 …………………………………………………………… X
第一章 緒論……………………………………………………… 1
1.1 研究背景與目的………………………………………… 1
1.2 內容大綱………………………………………………… 1
第二章 無刷馬達之數學模型分析與控制原理………………… 3
2.1 前言……………………………………………………… 3
2.2 直流無刷馬達構造原理及應用………………………… 3
2.3 換向原理………………………………………………… 5
2.4 截波切換策略…………………………………………… 7
2.5 單相全橋式無刷直流馬達之數學模型與分析………… 8
2.5.1 單相無刷馬達結構……………………………………… 8
2.5.2 單相無刷馬達之數學模型……………………………… 10
2.6 三相全橋式無刷直流馬達之數學模型與分析………… 11
2.6.1 電氣方程式……………………………………………… 11
2.6.2 轉矩方程式……………………………………………… 14
2.6.3 馬達數學模式方塊圖…………………………………… 14
第三章 直流無刷馬達驅動器的配置與規格…………………… 16
3.1 前言……………………………………………………… 16
3.2 硬體設定………………………………………………… 17
3.2.1 硬體配置圖……………………………………………… 17
3.2.2 驅動板規格……………………………………………… 18
3.3 軟體設定………………………………………………… 19
3.3.1 中央處理單元…………………………………………… 20
3.3.2 記憶單元………………………………………………… 21
3.3.3 輸出/輸入單元…………………………………………… 21
3.3.4 類比/數位轉換單元……………………………………… 21
3.3.5 計時器與CCP模組………………………………………… 22
3.3.6 PIC12C508A特點簡述…………………………………… 22
3.4 軟體流程圖規劃………………………………………… 25
3.4.1 軟體初始值設定………………………………………… 26
3.4.2 風扇轉速偵測流程圖…………………………………… 27
第四章 直流對直流轉換器之設計與分析……………………… 29
4.1 前言……………………………………………………… 29
4.2 主架構設計……………………………………………… 29
4.2.1 降壓式轉換式電源穩定器……………………………… 29
4.2.2 鐡心的選擇……………………………………………… 33
4.2.2-1 定義電感量及圈數………………….…………………… 34
4.2.2-2 計算磁通密度最大值…………………………………… 34
4.2.2-3 計算漣波電流及磁場強度(Magnetizing Force)的最大值 35
4.2.2-4 計算鐡心損失(core loss, Pc) …………………………… 36
4.2.2-5 計算銅損及決定線徑……………………………………… 37
4.2.2-6 計算總損失(Total loss)及預測溫昇…………………… 38
4.3 應用電流模式於轉換器之小訊號模型建立與穩定度分析… 38
4.3.1 系統各方塊的定義及轉移函數之推導…………… 40
4.3.2 電流模式控制的開迴路系統…………………………… 41
4.3.3 電流模式控制的閉迴路系統與補償器的設計………… 43
4.4 其它保護電路的設計…………………………………… 46
4.4.1 Inrush Current保護電路的設計……………………… 46
4.4.2 過電流保護電路的設計………………………………… 47
4.4.3 過電壓保護電路的設計………………………………… 47
第五章 實測波形與實驗結果…………………………………… 49
5.1 前言……………………………………………………… 49
5.2 EMI實測結果…………………………………………… 49
5.3 穩定度實測結果………………………………………… 51
5.4 驅動器之重要波形……………………………………… 52
5.4.1 主驅動器之重要波形…………………………………… 52
5.4.2 輸出短路時主驅動器各點之重要波形………………… 57
5.4.3 主驅動器起動特性各點之重要波形…………………… 59
5.5 實體圖形………………………………………………… 60
第六章 結論與未來建議………………………………………… 61
參考文獻 …………………………………………………………… 62
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