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研究生:陳政君
研究生(外文):Zheng-Jun Chen
論文名稱:泛用型冷光板驅動控制器之研發
論文名稱(外文):Research and Development of Universal Modular Drive Controller for the Electro Luminescent Panel
指導教授:鄭健隆鄭健隆引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:冷光板驅動控制器模組化PSoC
外文關鍵詞:Electro Luminescent PanelDrive ControllerModularPSoC
相關次數:
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本論文旨在研發適用於不同大小面積之泛用型冷光板模組化驅動控制器,以提升冷光板使用壽命及縮短冷光板廣告開發時間。
本驅動控制器製作過程先針對冷光板之特性進行分析,並依其特性研發泛用型冷光板泛用驅動控制器,其中包含EMI抗電磁干擾電路、全橋式整流濾波電路、全橋式換流變頻電路與弦波整型濾波電路等四大部分,再針對多樣化廣告發光方面針對多段跳與漸亮暗模組化調光電路設計。
利用可程式單晶片(Programmable System on Chip, PSoC)作為核心控制器,以弦波脈波寬度調變(Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM)來提供全橋換流器開關驅動控制訊號、模組化多段跳觸發訊號及脈波寬度調變(Pulse Width Modulation, PWM)漸亮暗調光控制訊號等。
最後在與市面上販售之冷光板驅動器做比較,證明本驅動器較市售驅動器具有更高的適用性與多樣化。
The main study of this thesis is research and development a general purpose Electro Luminescent (E.L.) panel for the universal modular drive controller, the E.L. life expectancy could be extended and shorten the development time for E.L. advertise panel.
The making of the driver control unit is to proceed the E.L. performance analysis, and develop a general purpose driving control unit, that include EMI Anti-electromagnetic interference circuit, full-bridge rectification circuit, full-bridge inverter, and integer sine wave filter. For the diversify advertising luminescence purpose, we design the light saturation control circuit.
By optimizing the Programmable System on Chip (PSoC) as the core control unit, which providing Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) to control the full-bridge inverter switch, multi-hop trigger signal, and Pulse Width Modulation (PWM) signals for the gradually light and dark dimmer control.
At last, on the market of E.L. panel driver compare with this universal modular drive controller to prove that this driver has higher flexibility and diversification than the market of driver.
目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻探討 1
1.3 研究方法與論文架構 2
第二章 冷光板簡介與驅動架構分析 3
2.1 冷光板之特色與應用簡介 3
2.2 冷光板發光原理與特性 4
2.3 冷光板驅動特性 6
2.4 常見冷光板驅動架構 9
2.4.1 市售驅動器架構 10
2.4.2 常見換流變頻電路架構 11
第三章 泛用型冷光板驅動器系統架構分析 15
3.1 系統架構簡介 15
3.2 EMI電磁干擾簡介 17
3.2.1 切換式電源供應器的雜訊組成及其來源 18
3.2.2 EMI抗電磁干擾電路 19
3.2.3 EMI電磁干擾規範 20
3.3 全橋整流濾波電路 22
3.3.1 全橋整流濾波輸出電壓有效值推導 24
3.4 全橋換流變頻電路 24
3.4.1 死區時間 26
3.4.2 硬切與軟切 27
3.4.3 全橋電路基本工作模式 28
3.4.4 SPWM控制方法 33
3.5 弦波整型濾波電路 35
3.5.1 冷光板等效電路模型 35
3.5.2 諧振式弦波整型電路 36
3.5.3 巴特沃夫濾波電路 40
第四章 模組化電路設計 43
4.1 舊型模組架構分析 43
4.1.1 多段跳驅動原理 44
4.1.2 漸亮驅動原理 45
4.2 新型模組化架構 45
4.2.1 漸亮暗調光原理 46
4.3 新舊型模組化電路比較 47
第五章 核心控制器之規劃 48
5.1 核心控制器簡介 48
5.2 分時多工 49
5.3 核心控制流程 50
5.4 PSoC Design程式架構 50
5.5 系統與模組設定 53
第六章 實驗量測與討論 54
6.1 各區塊電路實測分析 54
6.1.1 全橋式整流濾波電路 55
6.1.2 全橋式換流變頻電路與諧振電路 55
6.1.3 泛用巴特沃夫濾波器 59
6.1.4 漸亮暗調光電路 60
6.2 驅動器之比較 62
6.2.1 驅動器架構比較 62
6.2.2 冷光板驅動波形比較 63
6.2.3 冷光板驅動溫度比較 65
6.2.4 冷光板驅動亮度比較 65
6.3 驅動器各功能比較表 70
第七章 結論與未來展望 71
7.1 結論 71
7.2 未來展望 71
參考文獻 72


表目錄
表2-1 冷光應用之範圍 4
表2-2 冷光板常用驅動參數 6
表2-3 白光(電壓100V)之CIE值 7
表2-4 藍光(電壓100V)之CIE值 7
表2-5 換流器之比較 14
表3-1 FCC ClassA 20
表3-2 FCC ClassB 21
表3-3 CISPR22 ClassA 21
表3-4 CISPR22 ClassB 22
表3-5 不同面積之冷光板等效電路數據 36
表3-6 極平坦響應低通濾波器的元件值(N=1到10) 41
表4-1 新舊型模組化電路比較表 47
表5-1 接腳功能說明 49
表6-1 驅動效率 58
表6-2 平均亮度比較表 70
表6-3 驅動器比較分析彙整 70






圖目錄
圖2-1 冷光產品分類說明 4
圖2-2 冷光板基本結構 5
圖2-3 冷光板發光原理 5
圖2-4 可見色彩空間 7
圖2-5 輝度與壽命關係 8
圖2-6 消耗功率與電壓關係 8
圖2-7 輝度與電壓關係 9
圖2-8 冷光板直流轉交流換流器架構 9
圖2-9 冷光板市電110v/220v交流變頻器架構 10
圖2-10 市售冷光板驅動器架構方塊圖 10
圖2-11 推挽式換流器之電路基本架構 11
圖2-12 推挽式換流器之電路工作模式 11
圖2-13 半橋式換流器之架構 12
圖2-14 半橋式換流器之電路工作模式 13
圖2-15 全橋式換流器之架構 13
圖2-16 全橋式換流器之電路工作模式 14
圖3-1 泛用型冷光板驅動器系統架構方塊圖 15
圖3-2 方塊電路系統波型示意 15
圖3-3 泛用型冷光板驅動器系統架構電路圖 16
圖3-4 共模電流與差模電流關係圖 18
圖3-5 EMI抗電磁干擾電路 19
圖3-6 全橋式整流濾波電路 23
圖3-7 全橋整流工作原理 23
圖3-8 全橋整流濾波輸出波型 23
圖3-9 全橋換流變頻電路架構 25
圖3-10 基本全橋切換控制訊號 25
圖3-11 兩控制訊號死區時間 26
圖3-12 功率晶體切換時電壓電流軌跡圖 27
圖3-13 功率晶體硬切消耗損失 27
圖3-14 控制訊號示意圖 28
圖3-15 Mode I控制時序 29
圖3-16 Mode I電路工作狀態 29
圖3-17 Mode II控制時序 30
圖3-18 Mode II電路工作狀態 30
圖3-19 Mode III控制時序 31
圖3-20 Mode III電路工作狀態 31
圖3-21 Mode IV控制時序 32
圖3-22 Mode IV電路工作狀態 33
圖3-23 弦波正半周脈波寬度調變 34
圖3-24 冷光板結構特性示意圖 35
圖3-25 冷光板電路模型與量測 35
圖3-26 不同面積之冷光板各頻率電容值 36
圖3-27 串聯負載諧振(SLR)電路 37
圖3-28 SLR波德圖 37
圖3-29 並聯負載諧振(PLR)電路 38
圖3-30 PLR波德圖 38
圖3-31 串並聯負載諧振(SPLR)電路 39
圖3-32 SPLR波德圖 39
圖3-33 巴特沃夫濾波器(Butterworth Filter)電路 40
圖3-34 三階的巴特沃夫濾波器( 型濾波器) 41
圖3-35 濾波器頻寬 42
圖4-1 廣告用冷光板產品 43
圖4-2 舊型多段跳與漸亮暗模組化調光電路 44
圖4-3 多段跳達靈頓觸發電路 44
圖4-4 漸亮達靈頓放大電路 45
圖4-5 多段跳與漸亮暗模組化調光架構示意圖 45
圖4-6 眼球構造 46
圖4-7 PWM與亮度關係 46
圖5-1 CY8C27443外部接腳圖 48
圖5-2 PSoC分時多工控制架構示意圖 49
圖5-3 PSoC控制流程圖 50
圖5-4 晶片選擇設定 50
圖5-5 模組選擇環境 51
圖5-6 模組配置與設定 52
圖5-7 撰寫與偵錯環境 52
圖5-8 程式參數設定 53
圖5-9 數位方塊模組參數設定 53
圖6-1 系統實體電路圖 54
圖6-2 全橋式整流波形 55
圖6-3 全橋式整流濾波電路波形 55
圖6-4 全橋開關控制訊號 56
圖6-5 死區時間 56
圖6-6 開關導通電壓電流波形圖 56
圖6-7 開關截止電壓電流波形圖 57
圖6-8 控制訊號與無整形電路輸出波型 57
圖6-9 控制訊號與電感電壓及負載波型 57
圖6-10 各開關SPWM控制訊號 58
圖6-11 控制訊號與電感電壓及負載波型 58
圖6-12 A1冷光板輸出電壓電流波型 59
圖6-13 A2冷光板輸出電壓電流波型 59
圖6-14 A3冷光板輸出電壓電流波型 59
圖6-15 A4冷光板輸出電壓電流波型 60
圖6-16 PWM漸亮暗調光控制與輸出電壓變化 60
圖6-17 水母片多段跳與漸亮暗調光變化 61
圖6-18 驅動架構方塊圖比較 62
圖6-19 電感體積比較 63
圖6-20 A1面積輸出電壓波形比較 63
圖6-21 A2面積輸出電壓波形比較 64
圖6-22 A3面積輸出電壓波形比較 64
圖6-23 A4面積輸出電壓波形比較 64
圖6-24 A1冷光板驅動溫度比較 65
圖6-25 CL200硬體與軟體圖 65
圖6-26 A1冷光板驅動亮度比較 66
圖6-27 A2冷光板驅動亮度比較 67
圖6-28 A3冷光板驅動亮度比較 68
圖6-29 A4冷光板驅動亮度比較 69
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