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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:利仁中
研究生(外文):Jen-Chung Li
論文名稱:以FPGA為基礎之鋰電池充電系統之研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of an FPGA-Based Li-Ion Batteries Charging System
指導教授:劉益華
指導教授(外文):Yi-Hwa Liu
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:電機工程研究所
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:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
中文關鍵詞:鋰電池充電機FPGALabVIEW多相降壓型轉換器
外文關鍵詞:Lithium-ion charger machineFPGALabVIEWmultiphase buck converter
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中文摘要
在現今數位時代,充電電池是數位生活不可或缺的一部份,連繫著電池與電子產品之間的充電器也越顯其重要,這也是本論文的重點-充電系統。研究中以單晶片ALTERA FLEX 10K70系列晶片作為數位控制核心,可藉由非常高速積體電路描述語言(Very high speed integrated circuit Hardware Description Language, VHDL)以文字描述的方式完成電路設計工作,並且能像文件一樣的儲存,具有快速開發的特性,而且所開發的電路可以轉換成應用規格晶片(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)為工業界所用,並配合週邊硬體電路,研製一套鋰電池充電機系統。
為了達到鋰電池充電的最佳化,本文中之電池充電電源採用多相轉換器架構,其具有可靠性高、負載響應快速等優點,控制方式採取數位式控制,以比例積分方式作為控制法則。本文並針對鋰電池充電系統建立一個人性化電腦操作介面環境,此介面以LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)圖控程式設計。最後,利用Is-Spice電腦模擬與實測分析說明系統的可行性及所提架構的正確性。實測結果證實本文中鋰電池充電機系統,具有良好的操作效果,可滿足鋰電池充電機的基本功能。
Abstract
Nowadays, the number of portable electronics products such as mobile telephones and laptop computers has grown explosively. These developments have resulted in massive demand for secondary batteries. The advantages of lithium-ion batteries include no memory effect, high operation voltage, and high energy density. Therefore, it is the most popular battery chemistry for consumer electronics.
In this thesis, an FPGA (Field Programmable Gate Array)-based lithium-ion battery charge system is developed. The concerned charge system consists of an FPGA-based controller, a data acquisition system and a programmable power source. To obtain the optimal charging performance for the Li-cell battery charge, a multi-phase converter is used in the proposed system. Using this topology, the performance of system can be raised. The proposed system can achieve the goals such as digital programmability, user-friendly interface, data monitoring and stable voltage/current source by LabVIEW in computer operating interface. According to the experimental results, the proposed charger system is capable of charging the lithium-ion batteries with less than 1.5 % current ripple.
目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖表目錄 vi
第一章 緒論 (1)
1.1 研究背景 (1)
1.2 本文架構 (2)
1.3本文內容概述 (3)
第二章 鋰電池與鋰電池充電曲線介紹 (5)
2.1 二次電池簡介 (5)
2.2 二次電池充電法則簡介及鋰電池充電曲線 (7)
2.2.1 定電壓(CV)充電法及定電流(CC)充電法 (8)
2.2.2 定電流切換定電壓(CC-CV)充電法 (9)
2.2.3 脈衝式充電法 (10)
2.2.4 ReflexTM充電法 (11)
2.3 鋰電池充電機架構及規格介紹 (13)
第三章 鋰電池充電機硬體架構 (15)
3.1 單相降壓型轉換器與多相轉換器 (15)
3.1.1 單相降壓型轉換器 (16)
3.1.2 多相降壓型轉換器 (19)
3.2 充電電路設計 (21)
3.2.1 電路設計規格 (22)
3.2.2 多相式相數設計 (23)
3.2.3 元件需求 (24)
3.2.4 控制器需求 (25)
3.3 充電功率系統模擬結果 (27)
3.3.1 單相降壓轉換器模擬 (27)
3.3.2 雙相降壓轉換器模擬 (30)
3.3.3 四相降壓轉換器模擬 (33)
3.3.4 模擬結果討論 (36)
3.4 週邊應用電路設計 (37)
3.5 輔助電源設計 (39)
第四章 鋰電池充電器軟體架構 (44)
4.1 控制核心FPGA及人機介面LabVIEW (44)
4.2 RS-232傳輸控制 (47)
4.3 數位控制器設計 (48)
4.3.1 功率級小訊號模型建立 (49)
4.3.2 回授系統補償器設計 (53)
4..3 控制程式設計 (56)
第五章 實驗量測與結果 (59)
5.1 硬體實體電路圖 (59)
5.2 週邊控制電路實驗驗證 (62)
5.3 單相與多相降壓轉換器實測波形 (65)
5.4 電腦端人機介面監控面板 (77)
5.5 單相與多相降壓轉換器實測波形討論 (77)
第六章 結論與未來研究方向 (80)
參考文獻 (81)
參考文獻
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