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研究生:龔炳鴻
研究生(外文):Ping-Hung Kung
論文名稱:以微控制器實現低待機損耗之返馳式轉換器
論文名稱(外文):Implementation of a Flyback Converter with Low Standby power Consumption Using Microchip Controller
指導教授:練光祐
指導教授(外文):Kuang-Yow Lian
口試委員:周旻德吳德豐沈志忠翁慶昌
口試委員(外文):Chou Wen DerTer-Feng WuJyh-Jong SheenChing-Chang Wong
口試日期:2013-07-29
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電能轉換與控制產業碩士專班
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:待機Arduino降頻電壓調控APP
外文關鍵詞:Standby powerArduinoFrequency reductionVoltage controlAPP
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本文主旨在針對SPS(Switching Power Supply)的待機損耗做改善,並利用微控制器搭配藍牙裝置與現階段熱門的智慧型手機或平板來實現嶄新的監控功能,雖然目前現有的類比IC在此部份的技術已經相當的純熟,然而使用微控制器的方式除了其發展是一種未來的趨勢外,更可引入新的待機損耗改善方向。論文中主要是使用Arduino此一模組化的微控制器,做為AC-DC返馳式轉換器的核心,藉此來取代原有的類比IC控制器。為達到低待機損耗,主要是藉由降頻的方式以及在待機時段調控輸出電壓,且精凖地控制開關的責任週期,使其切換及傳導損失達到最小。最後的實驗結果待機損失可遠小於目前能源之星的規範。另外可以調控輸出電壓,可使轉換器分別輸出兩種不同的使用電壓,而當待機時會自行將輸出電壓降低至5V,使轉換器的待機損耗降至最低。而以上的功能都可透過APP結合手機或平板以無線的方式進行操控。本論文發展的技術展現出數位微控制器的優勢,藉由其精凖的控制能力以及其強大的擴充性,不僅在能耗上勝過類比技術,更提供了類比技術無法實現的人性化互動式操控功能。

This thesis focuses on improvement of SPS (Switching Power Supply) standby power loss and use mircroprocessor with Bluetooth module to realize new monitor function on mobile phone or tablet PC. Currently there are already a lot of analogue ICs are applied at this field. But using microprocessor is future trend and new standby power loss improvement direction can be introduced. Instead of using analogue ICs, Arduino is the microprocessor applied at this thesis as the core of flyback converter. Frequency reduction, output voltage modulation at standby mode and precisely control switch duty cycle are used to minimize switching and transmission power loss. Final experimental result shows that the power loss is much smaller than energy star specification. Besides that, output voltage can be adjusted to enable the converter to output two kinds of voltage. At standby mode, the converter will automatically reduce output voltage to 5V to minimize converter standby power loss. Functions mentioned above can be wirelessly controlled by mobile phone or tablet PC throught APP. The technique applied at this thesis shows the advantages (expandable and with good control capability) of digital controller. Digital controller with good interactived control capability and less power loss which is much better than analogue technique.

目 錄
ABSTRCT ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法與貢獻 4
1.4 論文架構 5
第二章 返馳式轉換器原理分析與Arduino介紹 6
2.1 返馳式轉換器簡介 6
2.2 返馳式轉換器工作原理分析 7
2.2.1 連續導通模式(Continuous Conduction Mode,CCM) 7
2.2.2 臨界導通模式(Boundary Conduction Mode,BCM) 13
2.2.3 不連續導通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM) 15
2.3 類比控制器與數位控制器介紹 20
2.3.1 類比控制器簡介 20
2.3.2 數位控制器簡介 21
2.3.3 類比與數位控制器比較 22
2.4 Arduino微控制器介紹 22
2.5 藍牙模組介紹 23
2.6 Arduino微控制器參數介紹 24
2.6.1 Timer1 PWM輸出 25
2.6.2 Timer2計數器使用 27
第三章 狀態方程與待機損耗分析 29
3.1 返馳式轉換器電路模型狀態空間分析與設計 29
3.2 誤差方程式分析 32
3.3 控制器設計 35
3.4 待機損耗分析 38
3.4.1 功率開關損耗 38
3.4.2 低啟動電路損耗 41
第四章 電路架構設計以及結合手機實作 43
4.1 系統整體架構 43
4.2 電路設計 44
4.2.1 返馳式轉換器變壓器設計 44
4.2.2 啟動電路設計 47
4.2.3 高低電壓偵測電路設計 51
4.2.4 MOSFET驅動電路設計 52
4.2.5 回授電路設計 54
4.2.6 切換工作頻率偵測電路設計 55
4.3 Arduino程式撰寫 57
4.4 APP程式設計 58
第五章 實驗結果 61
5.1 實作電路 61
5.1.1 5V待機功率損耗實測結果 62
5.1.2 5V與12V漣波電壓實測結果 63
5.1.3 5V輸出效率實測結果 65
5.1.4 12V輸出效率實測結果 66
5.1.5 工作頻率切換實測波形 66
5.2 搭配Smart Device實測結果 67
5.2.1 手機藍牙連結 67
5.2.2 Arduino開關實測 69
5.2.3 手動切換輸出電壓實測波形 70
5.2.4 自動切換輸出電壓實測波形 71
第六章 結論與未來研究方向 75
6.1 結論 75
6.2 未來研究方向 75
參考文獻 77


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[23] App Inventor中文學習網,App Inventor介紹與程式說明與程式範例,Available : http://www.appinventor.tw/
[24] 鄧文淵,手機應用程式設計超簡單App Inventor初學特訓班,碁峯資訊股份有限公司,2013。


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