臺灣博碩士論文加值系統

本研究探討應用模糊控制於可程式之非反向同步升降壓直流電

源轉換器之設計。整體架構分為非反向同步升降壓直流電源轉

換器與微控制器兩部分。非反向同步升降壓直流電源轉換器負

責電源升降壓穩壓動作，微控制器透過光敏電阻控制轉換器之

輸出電壓。此系統中應用了光敏電阻，由於光敏電阻之物理模

型極為複雜，因此對光敏電阻之物理模型進行深入之探討，並

設計模糊控制器解決光敏電阻物理模型複雜之問題。最後利用

本設計成功的執行鋰電池充電，驗證本設計的實用性。

關鍵字: 同步升降壓直流電源轉換器、光敏電阻、模糊控制。

This thesis discusses the fuzzy logic control for a programmable non-inverting

synchronous buck-boost DC/DC power converter design. The system contains two

major subsystems, namely, a non-inverting synchronous buck-boost power converter

and a microcontroller based control unit. The system uses a light dependent resistor

(LDR) to bridge the control of the power converter. Due to complexities of the

dynamic model of the LDR, a comprehensive study of the dynamical behavior of the

LDR is conducted. A fuzzy logic controller is then developed to achieve a satisfactory

design. The proposed design is successfully verified through a Li-ion battery charging

experiment.

目錄
第一章 緒論 1
第二章 系統設計 6
2.1 非反向同步式直流-直流升降壓轉換器模組 6
2.2 微控制器模組 16
第三章 LDR光敏電阻之模型分析 27
3.1 靜態模型分析 27
3.2動態模型分析 31
第四章 模糊控制系統設計 42
4.1系統分析 42
4.2模糊控制器設計 51
第五章 系統軟體設計 58
4.1 微控制器模組軟體設計 59
4.2接收端介面程式設計流程 67
第六章 硬體實作與驗證 70
6.1開路電壓暫態控制實驗 70
6.2定電壓暫態控制實驗 74
6.3定電流暫態控制實驗 76
6.4 鋰電池充電實驗 78
第七章 結論 80
參考文獻 81
附錄一 84
圖目錄
圖1-1 太陽能最大功率追蹤使用升壓轉換器[1] 3
圖1-2太陽能最大功率追蹤使用SEPIC轉換器[1] 3
圖2-1 可程式化之直流-直流升降壓電源轉換器系統方塊圖 6
圖2-2 可程式化之直流-直流升降壓電源轉換器系統架構圖 7
圖2- 3 LTC3789參考電路[2] 8
圖2- 4工作頻率與FREQ腳位偵測電壓關係圖 9
圖2- 5 非反向同步是升降壓直流-直流電源轉換器模組電路圖 13
圖2- 6 非反向同步是升降壓直流-直流電源轉換器模組電路板 14
圖2- 7 效率測試 14
圖2- 8 輸出負載誤差測試 15
圖2- 9 負載誤差測試 15
圖2-10 控制器架構圖 16
圖2-11 MAX4080基本電路圖[22] 18
圖2- 12 VCCS架構圖 19
圖2-13 二階低通濾波器架構圖 20
圖2-14 微控制器模組微控制器電路圖 22
圖2-15微控制器模組濾波器電路圖 23
圖2-16微控制器模組類比/數位轉換器電路圖 24
圖2-17微控制器模組FT-232電路圖 25
圖2-18微控制器模組電源電路圖 26
圖3-1 LDR靜態模型實驗電路 27
圖3-2 LDR 光敏電阻值與輸入電流關係圖 28
圖3-3 LOG座標之光敏電阻值與輸入電流關係圖 29
圖3-4 Curve fitting後之LOG座標之光敏電阻值與輸入電流關係圖 30
圖3-5 Curve fitting後之LOG座標之光敏電阻值與輸入電流誤差圖 30
圖3-6動態模型實驗電路圖 31
圖3-7 VC由0.1V到1V 33
圖3-8 VC由1V到2V 33
圖3-9 VC由2V 到3V 34
圖3-10 VC由0.1V 到2V 34
圖3-11 VC由1V 到3V 35
圖3-12 VC由0V 到3V 35
圖3-13 VC由1V 到4V 36
圖3-14 VC由0V 到4V 36
圖3-15 VC由2V 到3V 37
圖3-16 VC由0.1V到1V時 之變化 37
圖3-17 VC由1V到2V時 之變化 38
圖3-18 VC由2V到3V時 之變化 38
圖3-19 VC由0.1V到2V時 之變化 39
圖3-20 VC由1V到3V時 之變化 39
圖3-21 VC由0.1V到3V時 之變化 40
圖3-22 VC由1V到4V時 之變化 40
圖3-23 VC由0.1V到4V時 之變化 41
圖3-24 VC由0.1V到5V時 之變化 41
圖4-1系統架構圖 42
圖4-2 升降壓轉換器輸出關係圖 43
圖4-3 電阻與電壓輸出關係圖 44
圖4- 5 電阻與電壓輸出關係圖 45
圖4- 6 需求 所對應之輸入電壓 46
圖4- 7 VCCS電路圖 47
圖4- 8 輸出與D/A Count關係圖 48
圖4- 9 輸出與控制信號關係圖 49
圖4- 10 Vout輸出推導流程圖 49
圖4- 11 實際系統輸出與D值關係圖 50
圖4- 12 實際系統輸出與計算輸出比較圖 51
圖4- 13模糊控制器架構圖 53
圖4- 14 之歸屬函數 54
圖4- 15 之歸屬函數 54
圖4- 16 定電流 之歸屬函數 55
圖4- 17 定電壓 之歸屬函數 55
圖4- 18 與Vout之關係圖 56
圖5- 1微控制器模組程式設計主流程圖 61
圖5- 2微控制器模組程式設計初始化流程圖 62
圖5- 3微控制器模組程式設計計時器一中斷副程式流程圖 63
圖5- 4微控制器模組程式設計模糊增益計算流程圖 64
圖5- 5微控制器模組程式設計資料傳輸流程圖 65
圖5- 6接收端介面解碼流程圖 69
圖6- 1實驗設備 70
圖6-2 D=200~600 上升波形 71
圖6-3 D=200~600 下降波形 72
圖6-4 D=200~1000 上升波形 72
圖6-5 D=200~1000下降波形 73
圖6- 6 D=200~1400上升波形 73
圖6-7 D=200~1400下降波形 74
圖6-8 8伏特至12伏特上升波形 75
圖6-9 8伏特至12伏特下降波形 76
圖6-10 1A至2A上升波形 77
圖6-11 2A至1A 下降坡形 77
圖6- 12 鋰電池充電控制電壓輸出圖 78
圖6- 13 鋰電池充電控制電流輸出圖 79
表目錄
表4-1 模糊規則庫 57
表5-1 微控制器模組資料傳輸編碼格式 66

[1]Digitally Controlled HV Solar MPPT DC-DC ConverterUsing C2000™ Piccolo™ Microcontroller
http://www.ti.com/lit/an/sprabr6/sprabr6.pdf
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