本論文目的在發展高效率、高升壓比太陽光電能源轉換系統。首先，為了使太陽光伏電能源轉換系統組裝較有彈性且日後具有擴充能力，並可適用於不同的場合，此型電力轉換器配合太陽能板可構成分散式的發電系統。目前的一般型昇壓型直流/直流轉換器電路架構，昇壓比無法太高，所以本實驗使用高昇壓比直流/直流轉換器來使輸出電壓可以提升比一般昇壓型轉換器來的許多，其電路為綜合昇壓式(boost)和返馳式(flyback)之結合型電力轉換器。電路架構中使用耦合電感技術，只要小的導通責任週期(duty cycle)就可以達到高輸出電壓增益比值。

本文之系統利用PSIM模擬軟體進行分析，作為數位控制系統設計之依據。軟體製作方面採用可規劃邏輯閘陣列 (Field Programmable Gate Array, FPGA)來當作系統控制核心，利用硬體描述語言VHDL實現高昇壓直流/直流轉換器電壓回授控制晶片的製作。將太陽能板所獲得的直流電壓，由高昇壓比直流/直流轉換器升壓到固定輸出電壓200V，最後實作85W光伏能量轉換系統，提供模擬及實驗結果來驗證所研製太陽光伏能量轉換系統的效率及設計的正確性。

The purpose of this thesis is to develop high efficiency, and high step-up ratio of photovoltaic energy conversion system. First, in order to make solar photovoltaic energy conversion system assembly with a more flexible and future expansion capability , and it's can be applied to different situations. This type power converter with solar panels may constitute divergent type of power system. The current general type boost DC / DC converter circuit topology, step-up ratio can not be too high, so this study, high step-up ratio of DC / DC conversion device to raise the output voltage can be higher than normal boost converter to the many, the circuit is integrated boost converter and flyback converter the combination of power converter. The circuit topology uses coupled-inductor techniques to achieve high output voltage gain ratio with low conduction duty cycle.

In this system, PSIM simulation software to analyze digital control system design as a basis. Software used for a FPGA (Field Programmable Gate Array) to control as the core of the system. The use of VHDL (VHSIC hardware description language; VHSIC: very-high-speed integrated circuit) hardware description language to achieve high step-up DC / DC converter voltage feedback control for the production of chips. Solar panel output DC voltage from the high step-up ratio of DC / DC converter boost to the fixed output voltage 200V.Finally implement 85W photovoltaic energy conversion system to provide simulation and experimental results to verify efficiency of the developed photovoltaic energy conversion system and correctness of the design procedure of such a digital controller.

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研究背景................................... 1
1.2研究動機................................... 4
1.3研究目的與方法............................. 8
1.4 論文大綱................................ .11
第二章 太陽能發電系統簡介.....................12
2.1前言.......................................12
2.2太陽光伏能量電池轉換原理...................12
2.3太陽能電池種類.............................15
2.4太陽能光電板特性...........................16
第三章 太陽能電力轉換器系統介紹..................26
3.1前言.......................................26
3.2 直流/直流轉換器介紹.......................28
3.2.1 Boost Converter.....................28
3.2.2 Flyback converter...................32
3.2.3 高昇壓型轉換器......................35
第四章 系統硬體設計及軟體規劃....................45
4.1前言.......................................45
4.2耦合電感製作...............................46
4.2.1 變壓器基本原理......................47
4.2.2 耦合電感設計之考量因素..............50
4.2.3 選擇高頻功率耦合電感設計之考量......53
4.2.4 耦合電感的設計步驟..................54
4.2.5 耦合電感的設計範例說明..............62
4.3 功率元件選擇與應用........................66
4.3.1 電容元件選擇與應用..................67
4.3.2 高昇壓型轉換器系統架構規格.........68
4.4 週邊硬體電路..............................68
4.4.1 功率晶體隔離驅動電路................69
4.4.2 電壓回授電路........................69
4.4.3 類比/數位轉換IC.....................70
4.4.4 ALTERA Cyclone Ⅱ FPGA Development Board...71
4.5 軟體規劃..................................72
4.5.1 類比/數位轉換IC時序控制.............73
4.5.2 數位濾波器..........................77
4.5.3 電壓PI控制器........................80
4.5.4 脈波寬度調變產生器..................85
4.6 晶片內部整體架構..........................90
第五章 硬體電路實現及實測結果與分析..........91
5.1系統模擬...................................91
5.2硬體電路實現...............................94
5.3實驗方法...................................95
5.4實驗結果...................................97
5.4.1實驗範例一...........................97
5.4.2實驗範例二..........................104
5.4.3實驗範例三..........................111
5.4.4 開關Mosfet的 電壓..................118
5.5實驗結果討論..............................119
第六章 結論與未來方向.......................120
6.1 結論.....................................120
6.2 未來發展.................................121
參考文獻........................................122

[1] 郭博堯，“京都議定書的爭議與妥協”，2001。
[2] 包濬瑋，“太陽光發電系統運轉性能評估”，私立中原大學電機工程學系碩士學位論文，民國92 年。
[3] S.R. Bull,“Renewable energy today and tomorrow,” Proc. IEEE ,vol.89, no.8, pp. 1216-1226, 2001.
[4] ‘Renewable Energy Made in Germany’, http://www.dw-world.de/dw/article/0,,1353113,00.html
[5] Responding to Climate Change, 2009.
http://www.rtcc.org/2009/html/renew-solar-1.html
[6] 李思賢，“數位式單相低功率太陽光電能轉換系統”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，民國92 年。
[7] 太陽能學刊第二卷第一期，1997年，4月。
[8] 邱清泉，“台灣地區推廣太陽能發電系統之研究”，私立大業大學電機工程學系碩士學位論文，民國92 年。
[9] 黃秉枃，“我國太陽能發展現況與展望”，光訊，第68期，1997 年10月。
[10] 張誌彰 ，“家用型太陽能供電”，國立台灣大學電機工程學系碩士學位論文，民國90 年。
[11] F. Giraud and Z. M. Salameh, “Steady-State Performance of a Grid-Connected
Rooftop Hybrid Wind-Photovoltaic Power System with Battery Storage,” IEEE
Transactions on Energy Conversion, Vol. 16, pp. 1-7, 2001.
[12] M. H. Nehrir, B. J. LaMeres, G. Venkataramanan, V. Gerez and L. A. Alvarado, “Performance Evaluation of Stand-Alone Wind/Photovoltaic Generater System,”IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, Vol. 1, pp. 555-559, 1999.
[13] S. J. Park, B. B. Kang, J. P. Yoon, I. S. Cha and J. Y. Lim, “A Study on the
Stand-Alone Operating or Photovoltaic/Wind Power Hybrid Generation System,”IEEE PESC'04, Vol. 3, pp. 2095-2099, 2004.
[14] T. J. Liang,Y. C. Kuo, and J. F Chen , “Single-stage photovoltaic energy conversion system,” IEEE Proc.Electr Power Appl., vol. 148,no. 4, pp.339-344,2001.
[15] 李斯賢，“數位式單相低功率太陽光電能轉換系統”，國立中山大學碩士論文，民國91年。
[16] 李明杰，“小型市電並聯光伏變流器之研製”，國立聯合大學碩士論文，民國96年。
[17] 王文宏，“高效率太陽能光電能源轉換系統”， 元智大學碩士論文，民國
95年。
[18] Q.Zhao and F. C. Lee, “High-Efficiency, High Step-Up DC–DC Converters,”IEEE Trans. Power Electron.,vol. 18,no. 1,pp.65-73,2003.
[19] K. C. Tseng and T.J.Liang, “Novel high-efficiency step-up converter,”IEEE Proc.Electr Power Appl.,vol. 151,no. 1,pp.182-190,2004.
[20] W. Li and X. He, “High step-up soft switching interleaved boost converters with cross-winding-coupled inductors and reduced auxiliary switch number,” IET Power Electron.,vol. 2,lss. 2,pp.125-133,2009.
[21] D. C. Lu, D. K. W. Cheng and Y.cS. Lee, “A Single-Switch Continuous - Conduction-Mode Boost Converter With Reduced Reverse-Recovery and Switching Losses,”IEEE Trans.Indr Electron.,vol. 50,no. 4,pp.767-776,2003
[22] R.J. Wai and R.Y. Duan, “High-efficiency DC/DC converter with high voltage
gain,” IEE Proc.-Electr. Power Appl,vol. 152,no. 4,pp.793-802,2005.
[23] I. Barbi and R. Gules, “Isolated DC-DC Converters With High-Output
Voltage for TWTA Telecommunication Satellite Applications,”IEEE Trans. Power Electron.,vol. 18,no. 14,pp.975-984,2003.
[24] R. J. Wai and R. Y. Duan, “High step-up converter with coupled -inductor,” IEEE Trans. Power Electron.,vol. 20,no. 5,pp.1025-1035,2005.
[25] 太陽能資訊網(2005) ，“太陽電池構造與發電原理”。檢索於(2007/9/29)，
http://solarpv.itri.org.tw/aboutus/sense/principle.asp
[26] 中華太陽能聯誼會，http://www.solar-i.com/know.html
[27] 吳財福、張健軒、陳裕愷，“太陽能供電照明系統綜論”，全華出版社2000。
[28] 黃崇傑，“太陽電池製作技術”，太陽光電發電系統技術研討會，2002年。
[29] J. P. Benner, L. Kazmerski, “Photovoltaics Gaining Greater Visibility,”IEEE Spectrum,vol. 26,pp. 34-42.Sep 1997.
[30] 裝嘉琛，“太陽能工程—太陽能電池篇”，全華出版社1997。
[31] B. K. Bose,P. M. Szczesny,R. L. Steigerwald, “Microcomputer Control of A Residential Photovoltaic Power Condition System,”IEEE Transactions on Industry Application,vol. 1A-21,no. 5,pp. 1182-1191,1985.
[32] A. Hansen, P. Lars, H. Hansen and H. Bindner. “Models for a Stand-Alone PV System”. Risø National Laboratory, Roskilde, December 2000, ISBN 87-550-2776-8. [Online]. Available:
http://www.risoe.dk/rispubl/VEA/ris-r-1219.htm
[33] DC-DC Converter ,http://www.elexp.com/t_dc-dc.htm.
[34] DC-DC Converter Basics:
http://www.powerdesigners.com/InfoWeb/design_center/articles/DCDC/
converter.shtm
[35] R. J Wai and R. Y. Duan, “High Step-Up Converter With Coupled-Inductor,” Proc. Inst. Elect. Eng., vol. 5, pp. 1025-1035,2005
[36] K. C. Tseng and T. J. Liang, “Novel high-efficiency step-up converter,”Proc. Inst. Elect. Eng., vol. 151, pp. 182–190, 2004.
[37] F. Witulski, “Introduction to Modeling of transformers and coupled inductors,” IEEE Trans. Power Electron.,vol. 10,no. 3,pp.349-357,1995.
[38] 克里西斯，“高頻交換式電源供應器 : 原理與設計" ，麥格羅希爾出版，
民國84年。
[39] 梁適安，“交換式電源供給之理論與設計實務”，全華出版社，民國83年8
月。
[40] 長谷，川彰，“轉換式電源供給”，全華出版社，民國81年。
[41] 莊榮源，“高頻FLYBACK 變壓器(偶合電感器)最佳之設計”，飛瑞股份有
限公司。
[42] 宋自恆，“主動式功率因數修正氣之電感設計方式及雜訊對策徹底剖析”，
品佳股份有限公司。
[43] FERRUXCUBE Datasheet,“3C81 material specification”,
http://www.ferroxcube.com/.
[44] FERRUXCUBE Datasheet,“EE55/28/21 E core and accessories”,
http://www.ferroxcube.com.
[45] ANALOG DEVICES Datasheet, “AD7896 IC”。