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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:曾昆暉
研究生(外文):Kun-Hui Tseng
論文名稱:基於FPGA之全橋相移式PWM電源轉換PI增益調變控制系統設計與硬體實現
論文名稱(外文):FPGA-based Design and Hardware Implementation for a Full-bridge Phase-shift PWM DC/DC Converter System With PI Gain-scheduling Control
指導教授:陳正倫陳正倫引用關係
指導教授(外文):Cheng-Lun Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:電機工程學系所
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:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:全橋相移式轉換器零電壓切換增益調變PI控制
外文關鍵詞:full-bridge phase-shifted converterzero voltage switchinggain scheduling PI control
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本論文提出一個高性能的dc-dc切換式電源轉換器,輸出設計為可調整的0~50V和0~15A,主電路架構是用全橋相移式轉換器以零電壓切換方式實現,零電壓切換可以有效降低切換損失,進而提高效率。並使用 UCC3895控制IC作脈波寬度調變控制。本論文所使用之控制系統為數位式增益調變PI控制,具有輸出電壓可調整功能,並對整個系統建立小信號模型及閉迴路補償方法,以及提供完整的設計考量及設計步驟。最後實際設計製作一部輸出電壓規格為0V~50V,輸出電流規格為0A~15A,輸出功率為750W 的實例,其效率最高可達到93%以上。
本論文中增益調變PI數位控制器是用FPGA來完成。並以IsSpice電&;#63799;模擬軟體&;#63789;驗證其電&;#63799;特性,相關的實測結果&;#63855;明本文所提出的電&;#63799;具有&;#63868;好的輸出特性。


This paper presents a high-performance dc–dc switching power supply designed to deliver a regulated 0~50V and 0~15A output. The full-bridge phase-shifted converter is implemented by using zero voltage switching technique for a higher efficiency. The IC UCC3895 is used to achieve pulse width modulation control. The digital gain scheduling PI control circuit used can fulfill the functions of an adjustable voltage output.Complete system simulation and realization are conducted to verify the system performance. Experimental results show nearly close to the theoretical prediction. A design example of 750W converter with 0~50V and 0~15A output is examined, the efficiency of the achieves 93 % at full load.
In this thesis the digital gain scheduling PI control algorithms are implemented by a FPGA processor. The characteristic of electric circuit is examined by the software of IsSpice circuit analogue. The experimental results validate the correctness of the proposed circuit, which has good performance.


誌謝……………………………………………………………………i
中文摘要………………………………………………………………ii
英文摘要………………………………………………………………iii
目錄………………………………………………………………iv
圖目錄…………………………………………………………………vi
表目錄……………………………………………………………………x
第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1 研究動機……………………………………………………………1
1.2 文獻回顧……………………………………………………………2
1.2.1 傳統切換式電源轉換器……………………………………2
1.2.2 諧振式電源轉換器……………………………………4
1.2.3 軟切換電源轉換器………………………………………6
1.3 論文貢獻與架構……………………………………………………8
第二章.系統描述………………………………………………………10
2.1 電源轉換器簡介…………………………………………………10
2.1.1 線性電源轉換器………………………………………………10
2.1.2 切換式電源轉換器……………………………………………11
2.2 全橋相移式轉換器架構…………………………………………15
2.3 硬體架構與設計…………………………………………………21
2.3.1 PWM控制電路………………………………………………22
2.3.2 PWM驅動電路……………………………………………27
2.3.3 高頻變壓器………………………………………………28
2.3.4 功率開關元件的選擇……………………………………30
2.3.5 諧振電感和耦合電容設計………………………………31
2.3.6 輸出整流濾波電路設計………………………………………31
2.4 FPGA數位控制器…………………………………………………32
2.4.1 FPGA硬體電路設計規則…………………………………33
2.4.2 Verilog硬體描述語言……………………………………34
2.4.3 FPGA介紹…………………………………………………35
2.4.4 ADC與DAC IC介紹………………………………………36
2.5 IsSpice模擬軟體簡介……………………………………………40
第三章.系統數學模式建立……………………………………………41
3.1 降壓式轉換器之線性化模式建立………………………………41
3.2 全橋相移式轉換器之線性化模式建立…………………………45
3.3 PWM控制電路非線性分析………………………………………47
3.4 開迴路頻率響應…………………………………………………50
第四章.控制器設計……………………………………………………51
4.1 TL431電壓控制…………………………………………………51
4.2 傳統電壓控制……………………………………………………53
4.3 增益調變PI控制…………………………………………………58
第五章.模擬結果………………………………………………………65
5.1 開迴路模擬………………………………………………………65
第六章.實驗結果………………………………………………………71
6.1 開迴路波形的量測…..…………………………………………72
6.2 閉迴路波形的量測………………………………………………77
6.2.1 TL431電壓迴授控制……………………………………77
6.2.2 傳統電壓迴授控制………………………………………78
6.2.3 增益調變PI控制…………………………………………80
第七章.結論與建議…………………………………………………87
7.1 結論………………………………………………………………87
7.2 未來研究方向建議………………………………………………88
參考文獻………………………………………………………89

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