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系統識別號 U0026-0812200911271656
論文名稱(中文) 單級光伏能量轉換系統之控制晶片設計
論文名稱(英文) Controller IC Design for Single-stage Photovoltaic Energy Conversion System
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生(中文) 蔡知達
研究生(英文) Chih-Ta Tsai
學號 n2692147
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 101頁
口試委員 指導教授-陳建富
指導教授-梁從主
口試委員-郭永超
召集委員-何明錦
口試委員-張宏展
中文關鍵字 標準元件庫設計流程  光伏能量轉換系統 
英文關鍵字 pv  fpga  cell-based IC design flow 
學科別分類
中文摘要   本論文以TSMC 0.35um標準元件庫設計流程的晶片製作方式,來設計單級光伏能量轉換系統之控制晶片。為了達到產品體積小、數位化與系統整合晶片的目的,本研究以Verilog HDL撰寫系統架構後,以現場可規劃邏輯閘陣列做為光伏能量轉換系統之雛型控制器,進行系統功能和語法驗證,待確認後,採用標準元件庫設計流程,來完成整個控制晶片之設計。本文研製之控制晶片具有獨立運轉與併聯市電兩種工作模式;在獨立運轉模式採用電壓控制,使系統輸出電壓為一110V/60Hz之正弦波;併聯市電模式採用電流控制,使其除能供應負載所需能量外,並將多餘能量,以單位功因的弦波電流回送於市電。研究過程中,以實作1kW單級光伏能量轉換系統來驗證雛型控制器的功能,以及藉由電子設計自動化軟體,來驗證控制晶片設計之正確性。


英文摘要  In this thesis, a controller IC of signal-stage photovoltaic energy conversion system is designed by cell-based IC design flow. The advantages of the study are to reduce the circuit volume and to finish a SoC (System on Chip) product. In this study, the Verilog HDL code is written, then the code is downloaded into FPGA (Field Programmable Gate Array) chip in order to verify the functions. After the grammar and functions are corrected, the prototype chip is finished by TSMC 0.35 Cell-based Design Flow. Both the stand-alone mode and the utility mode are employed into the controller chip. The system is developed to provide the 110V/60Hz sinusoidal output voltage by voltage-controlled mode and deliver real power to the load. The excess power is supported to utility line with nearly unity power factor by current-controlled mode. Finally, experimental results of the 1kW PV energy conversion system are performed to verify the FPGA functions and simulation results of EDA (Electronic Design Automation) tool are executed to demonstrate the design of digital controller chip.


論文目次 中文摘要 I
英文摘要 II
誌 謝 III
目 錄 IV
圖 目 錄 VII
表 目 錄 XI
符 號 表 XII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與目的 1
1.2 論文大綱 3
第二章 光伏能量轉換系統簡介 4
2.1 簡介 4
2.2 太陽能板原理與等效電路 5
2.3 最大功率追蹤法則 10
第三章 系統介紹 13
3.1 LC串聯諧振電路 14
3.2 全橋式轉換器 16
3.3 轉換器小訊號分析 19
3.3.1 獨立運轉模式之小訊號數學模型 19
3.3.2 獨立運轉模式控制器設計 25
3.4 併聯市電模式 27
3.4.1 併聯市電模式之數學模型 28
3.4.2 併聯市電模式控制器設計 31
第四章 系統軟硬體規劃 34
4.1 功率級電路 34
4.2 迴授電路 35
4.3 數位控制IC電路 39
4.3.1 最大功率追蹤 44
4.3.2 類比/數位轉換時序控制 45
4.3.3 參考正弦波 48
4.3.4 誤差減法器 50
4.3.5 數位控制器 51
4.3.6 正弦脈波寬度調變器 53
4.3.7 FPAG等效邏輯閘 57
4.4 標準元件庫設計流程 57
4.5 合成、電路佈局、電路佈局後模擬驗證 61
4.5.1 合成 61
4.5.2 電路佈局 62
4.5.3 電路佈局後模擬驗證流程 68
第五章 光伏能量轉換系統實驗電路製作與實驗結果 71
5.1 光伏系統實驗電路製作 71
5.2 以FPGA為系統雛型控制器之實測結果 73
5.2.1 獨立運轉測試 73
5.2.2 併聯市電運轉測試 77
5.3 數位控制IC之佈局後模擬驗證結果 79
5.3.1 類比/數位轉換器控制時序 79
5.3.2 獨立運轉模式PWM訊號模擬 80
5.3.3 併聯市電模式PWM訊號模擬 82
第六章 結論與未來研究方向 85
6.1 結論 85
6.2 未來研究方向 86
參考文獻 87
附錄A chip.tcl 92
附錄B chip.ioc 95
附錄C chip.sdc 97
附錄D chip.vtran 99
附錄E chip.cfg 100


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論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2006-06-21起公開。
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