系統硬體介紹

本論文硬體架構圖如圖4.2 所示，控制核心由德州儀器(Texas Instruments, TI) 所生產的數位訊號處理器(DSP , TMS320F28335)，DC-DC 轉換器之脈波寬度調變 採用DSP 內建脈波寬度調變(pulse-width modulation , PWM)模組完成。透過 DSP 的 PWM 模組，將計算好的閘級開關訊號經過閘級驅動電路(Gate Driver)傳送至功 率開關。由電壓感測電路、電流感測器之類比訊號由 ADC 取樣並回傳到 DSP 控 制模組，達到最佳化之能量管理。其中Vi1、Ii1、Vo1及 Io1分別為太陽能電源輸入 電壓、電流及輸出電壓、電流；Vi2、Ii2、Vo2及 Io2分別為市電電源輸入電壓、電 流及輸出電壓、電流；Vi3、Ii3、Vo3及 Io3為蓄電池輸入電壓、電流及輸出電壓、

電流；Vo、Io為負載端的電壓及電流。

圖4.2 多能源能量管理系統圖

A. DC-DC 轉換模組

DC-DC 轉換器之元件參數如表 4.1 所示，三台並聯模組之電路實體如圖 4.3 所示。

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表4.1 DC-DC 轉換器規格表

規格 參數值

額定電壓 0-100V

額定電流 0-20 A

額定功率 2kW

電感L 300μH

開關切換頻率fs 25 kHz

輸入電容C1 1000μF

輸出電容C2 1000μF

圖4.3 並聯DC-DC 轉換器模組之電路實體圖

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B. MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)功率開關元件 本電路選用 MOSFET 當作開關元件如圖 4.4，此元件具有 1.截止狀態下具有 很小的漏電流。2.極低的導通壓降以降低導通損失。3.極短之導通與截止時間，使 元件之切換頻率可以提高。

圖4.4 功率開關元件

C. 驅動電源與開關驅動器模組

開關驅動器模組與驅動電源， 如圖 4.5 (a)驅動電源是把電源供應轉換爲特 定的電壓12V。開關元件由於控制電路準位為低壓側，轉換器開關位於高壓側並 且具有上下臂不同開關準位問題，因此需要多組隔離驅動電路。一般隔離驅動通 常採用光耦合器或脈衝變壓器，其中因為光耦合器驅動性能較佳，且具有高抗雜 訊之功能，所以採用光耦合器作為隔離驅動 IC。其開關驅動器模組如圖 4.5 (b)所 示，首先，由 DSP 送出 PWM 控制訊號，輸入至開關驅動器模，再從開關驅動 器模將具足夠驅動能力之 PWM 訊號送至開關。

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圖4.5 驅動電源模組 (a) 閘極驅動模組、(b) 閘極驅動電源模組

D. JTAG (Joint Test Access Group)燒錄模組

JTAG 燒錄模組如圖 4.6 所示，本模組提供 DSP 目標端的 PCB 電路雜訊隔 離，保護JTAG 燒錄模組與 PC 及 USB 介面口，避免電流回授導致燒毀。

圖4.6 JTAG 燒錄模組

E. DSP 控制電路

DSP控制電路板選用固緯電子所生產之 PEK-100 控制電路版模組，其硬體如 圖 4.7 所示。以 DSP TMS320F28335 作為控制核心，由雙輸出穩壓 IC 提供 3.3V 與 1.8V 電源，其中，3.3V 即為 28335 IC 的工作電源。當信號送入 DSP 前會先經 過稽納二極體箝位電路以確保進入 IC 之電壓都在 0~3.3V 之間，避免損壞 DSP。

透過隔離的 RS232 通信介面,在實驗中可即時將 DSP 內部信號傳回 PSIM 中的示 波器觀測。

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圖4.7 PEK-100 控制電路版模組

G. 保護電路

保護電路對於系統來說，重要性是不可言喻的。因為系統在運作過程中，有 可能會因外在因素、程式錯誤或是本身電路發生異常，導致整個系統不正常運作；

輕則電路板燒毀，重則會影響到人身安危。本系統的保護電路主要針對輸入過電 流、輸出過電流保護二種

H. 無紙式紀錄器(觸控式)

無紙式紀錄器如圖 4.8，紀錄部分採用無紙式紀錄器(觸控式)。藉由機台(TRM-20)通道埠連接各個轉換器之電壓、電流回授訊號，以此存取實驗所需資料。

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圖4.8 無紙式紀錄器(TRM-20)

I. 鋰電池

微電網系統之儲能裝置。

圖4.9 鋰電池

表4.2 鋰電池規格表

規格 參數值

最大電壓 53V

最小電壓 47V

最大電流 12A

額定功率 600W

60

J. 示波器

圖 4.10 具有 4 個類比通道，實驗中可同時觀測太陽能電壓、電流，鋰電池電 壓、電流，市電電壓、電流之訊號，確保實驗過程中參數操作在正確的值且能及 時偵測錯與紀錄短暫時間內的訊息。

圖4.10 DSOX2004A 示波器 K. 可程式電子負載

圖 4.11 額定功率可達 1080W，額定電壓為 150V，額定電流為 200A。並透 過可編輯程式介面進行一日負載排程曲線所對應之家用功率於電子負載中。

圖4.11 PLZ1004W 可程式電子負載