臺灣博碩士論文加值系統

本論文發展一高功因高效率兩階式電池充電器，其係由一整流器、一升壓式直流-直流電力轉換器、一串/並聯電容轉換器及一順向式直流-直流電力轉換器所組成，該充電器之控制係使用數位信號處理器來達成。升壓式直流-直流電力轉換器執行整流器之功率因數修正與對電容器穩壓之功能；串/並聯電容轉換器經由判斷市電電壓之絕對值大小，使電容轉換器操作在並聯模式或串聯模式，將其輸出電壓轉換為兩階式直流電壓，進而改善傳統升壓式直流-直流電力轉換器因升壓比過高而導致電力轉換器效率降低之問題。順向式直流-直流電力轉換器具有對電池組充電之功能，其充電策略採用混合定電流/定電壓(CC/CV)充電法。本論文利用電腦模擬並建構一硬體雛型，以驗證本論文所發展之高功因高效率兩階式電池充電器，模擬與實測結果證明本論文所發展之高功因高效率兩階式電池充電器可達到預期之功能。

This thesis investigates a two-stage battery charger with high power factor and high efficiency. This charger is consisted of a rectifier , a boost DC-DC converter, a series/parallel capacitor converter and a forward DC-DC converter. The boost DC-DC converter functions as a power factor corrector of rectifier and stabilizes the capacitor voltage. The series/parallel capacitor converter determines the magnitude of the absolute value of the utility voltage, and then operates in either series mode or parallel mode. By doing so, it mitigates the reduced efficiency in conventional boost DC-DC power converter caused by much higher duty cycle, the output voltage must be converted to a two-stage DC voltage by the series/parallel capacitor. The forward DC-DC converter is used to charge the battery by mixed constant current/voltage charging method. Computer simulation and hardware prototype are developed to verify the performance of the proposed battery charger. Both simulation and experimental result show the proposed two-stage battery charger as we expect.

摘要 i ABSTRACT ii 致謝 iii 目錄 iv 表目錄 ix 圖目錄 x 符號說明 xiv 一、前言 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 論文架構 2 二、功率因數修正器與傳統電力轉換器介紹 4 2.1 功率因數簡介 4 2.2 功率因數修正器電路介紹 7 2.2.1 被動式功率因數修正器 7 2.2.2 主動式功率因數修正器 8 2.3 功率因數修正器控制模式 10 2.3.1 連續導通模式磁滯電流控制法 11 2.3.2 連續導通模式峰值電流控制法 12 2.3.3 連續導通模式平均電流控制法 13 2.3.4 不連續導通模式峰值電流控制法 14 2.3.5 邊界導通模式峰值電流控制法 15 2.4 非隔離式直流-直流電力轉換器 16 2.4.1 升壓式直流-直流電力轉換器 16 2.4.2 降壓式直流-直流電力轉換器 20 2.4.3 升降壓式直流-直流電力轉換器 23 2.5 隔離式直流-直流電力轉換器 27 2.5.1 返馳式直流-直流電力轉換器 28 2.5.2 順向式直流-直流電力轉換器 29 三、鉛酸電池與電池充電技術 33 3.1 鉛酸電池的簡介 33 3.2 鉛酸電池結構與內部構造 34 3.3 鉛酸電池的化學原理 37 3.4 鉛酸電池的壽命診斷標準 38 3.5 電池的容量 41 3.6 電池充電法則 41 3.6.1 定電壓充電法 42 3.6.2 定電流充電法 43 3.6.3 混合定電流/定電壓充電法 44 3.6.4 脈衝充電法 45 3.6.5 正負脈衝充電法(ReflexTM充電法) 46 四、高功因高效率兩階式電池充電器 47 4.1 電路架構與工作原理 47 4.1.1 升壓式功因修正器 48 4.1.2 順向式直流-直流電力轉換器 55 4.2 系統控制方塊 57 4.2.1升壓式功因修正器之控制方塊 57 4.2.2 順向式直流-直流電力轉換器之控制方塊 59 五、硬體電路與數位控制器 60 5.1硬體介面電路 61 5.1.1 直流電壓回授電路 61 5.1.2 市電電壓取樣電路 62 5.1.3 電流回授電路 62 5.1.4 電源電路 63 5.1.5 驅動電路 63 5.2 數位控制器 65 5.2.1 數位鎖相程式 65 5.2.2 數位積分器 67 5.3 程式規劃 68 5.3.1 升壓式直流-直流電力轉換器控制流程 69 5.3.2 串/並聯電容轉換器控制流程 71 5.3.3 順向式直流-直流電力轉換器控制流程 72 六、模擬與實測結果 74 6.1 電腦模擬結果 74 6.1.1 升壓式功因修正器 76 6.1.2 串/並聯電容轉換器 77 6.1.3 順向式直流-直流電力轉換器 78 6.2 實測結果 79 6.3 暫態響應 87 6.3.1 加載測試 87 6.3.2 降載測試 88 6.4 轉換器效率測試 89 七、結論 91 7.1 總結 91 7.2 未來研究方向 91 參考文獻 92

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