臺灣博碩士論文加值系統

本論文旨在設計及研製一全橋升壓型DC/DC電力轉換器，目的是為了穩定負載直流端電壓及有效地將功率傳送至負載。然而燃料電池本身之輸出電壓容易受到負載變動及燃料電池極化損失的影響，而造成直流輸出端電壓不穩定。因此本論文利用間接型滑動模式控制法則以穩定系統之輸出電壓。本文分成三部份：首先探討燃料電池的基本特性以做為轉換器設計之參考基準，第二部份則針對DC/DC轉換器切換技術及控制法則加以探討，第三部分整合DC/DC轉換器與燃料電池發電模組來建構一完整的系統，並測試其運作效能。
本論文已建立以DC/DC轉換器之燃料電池發電系統雛型，並以高效能之數位訊號處理器作為控制核心，以減少硬體電路的元件。最後完成775W的實體系統，並由實驗測試結果加以驗證分析。

This thesis presents a method of design and implementation for a full-bridge DC/DC boost converter to hold DC bus constantly and to translate power to load effectively. Because the voltage of a fuel cell system is easily affected by the load variations and polarization loss, indirect sliding mode control algorithm is developed to stabilize DC bus voltage. This thesis is composed of three parts: the first part focuses on the basic characteristic of the fuel cell system in order to provide guideline for power converter design. The second part aims at the DC/DC converter switching techniques and control rules. The third part integrates the system with a DC/DC converter and fuel cell generation module. The performance and efficiency of the system are measured.
In this thesis, a model of DC/DC power converter with the fuel cell generation system was constructed. A high performance digital signal processor was used to implement the system to reduce circuit design. The experimental results on a 775W prototype system were provided to verify the analysis and performance of the system.

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌 謝 Ⅲ
目 錄 Ⅳ
圖表索引 Ⅶ
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 系統架構 3
第二章 燃料電池簡介 4
2.1 前言 4
2.2 燃料電池之種類 4
2.3 燃料電池之發電原理 6
2.4 質子交換膜燃料電池 8
2.4.1 質子交換膜燃料電池之工作方式 9
2.4.2 質子交換膜燃料電池之發電原理 10
2.4.3 質子交換膜燃料電池之極化影響 11
2.4.4 質子交換膜燃料電池之發電效率 12
2.4.5 質子交換膜燃料電池之啟動特性 12
2.5 燃料電池之監測軟體 13
2.6 結語 14
第三章 電力轉換器拓樸架構原理分析 15
3.1 直流降壓轉換器 15
3.1.1 電路架構 15
3.1.2 工作原理 15
3.2 直流全橋轉換器 17
3.2.1 電路架構 17
3.2.2 工作原理 18
3.2.3 控制策略 18
3.2.4 軟切換技術 21
3.3 結語 24
第四章 控制器之分析與設計 25
4.1 比例積分控制 25
4.1.1 簡介 25
4.1.2 構成與數位化 25
4.2 滑動模式控制簡介 28
4.2.1 簡介 28
4.2.2 原理 29
4.2.3 直接滑動模式控制 32
4.2.4 間接滑動模式控制 36
4.3 結語 39
第五章 設計考量及實作 40
5.1 規格參數制訂 40
5.2 高功率高頻電晶體之選擇 41
5.3 高功率轉換之高頻變壓器設計 41
5.3.1 變壓器鐵心之選用 41
5.3.2 決定鐵心之大小 42
5.3.3 決定一、二次側之線徑大小 44
5.3.4 決定一、二次側之繞線圈數 45
5.4 輸出整流濾波電路設計 45
5.4.1 整流二極體之選用 46
5.4.2 輸出電感器之設計 47
5.4.3 輸出電容器之設計 48
5.5 回授電路設計 49
5.5.1 電壓回授電路 49
5.5.2 電流回授電路 50
5.6 功率電晶體驅動電路設計 51
5.7 類比數位轉換器電路設計 51
5.8 結語 53
第六章 實驗系統及測試結果 54
6.1 前言 54
6.2 硬體電路 54
6.2.1 數位信號處理器之介面電路 54
6.2.2 燃料電池發電系統實體電路 55
6.3 軟體規劃 58
6.3.1 主程式規劃 58
6.3.2 讀取回授參數規劃 59
6.3.3 比例積分控制程式規劃 60
6.3.4 滑動模式控制程式規劃 60
6.4 實測結果 61
6.4.1 以蓄電池為系統電源之實測結果 61
6.4.2 以燃料電池為系統電源之實測結果 63
6.5 結語 78
第七章 結論與未來研究方向 79
7.1 結論 79
7.2 未來研究方向 79
參考文獻 81
附 錄 84
作者簡介 85

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