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dc.contributor林泓均zh_TW
dc.contributorHong-Chin Linen_US
dc.contributor劉堂傑zh_TW
dc.contributorDon-Gey Liuen_US
dc.contributor.advisor張振豪zh_TW
dc.contributor.advisorChen-Hao Changen_US
dc.contributor.author劉怡眉zh_TW
dc.contributor.authorLiu, Yi-Meien_US
dc.contributor.other中興大學zh_TW
dc.date2011zh_TW
dc.date.accessioned2014-06-06T06:42:10Z-
dc.date.available2014-06-06T06:42:10Z-
dc.identifierU0005-1308201019111900zh_TW
dc.identifier.citation[1] D. Abbott, “Keeping the energy debate clean: how do we supply the world’s energy needs?, ” Proceedings of the IEEE , vol. 98, no. 1, pp. 42-66, Jan. 2010. [2] http://www.solar-i.com/know.html [3] I. Stark, “Thermal energy harvesting with thermo life, ” in Proc. IEEE Wearable and Implantable Body Sensor Networks, Apr. 2006, pp.19-22. [4] R. Venkatasubramanian, C. Watkins, D. Stokes, J. Posthill, and C. Caylor, “Energy harvesting for electronics with thermoelectric devices using nanoscale materials,” in Proc. IEEE Electron Devices Meeting 2007, Dec. 2007, pp.367-370. [5] D. S. H. Chan, J. T. Phillips, and J. C. Phang, “A comparative study of extraction methods for solar cell model parameters,” Solid-State Electronics, vol. 29, no. 3, pp. 329-337, May 1986. [6] M. N. Mather, M. Malengret, and J. C. L. Clair, “100W low cost efficient PV-grid interface for rural electrification,” in Proc. IEEE International Conference on Power Electronics and Variable Speed Drives, Sep. 2000, pp. 136-139. [7]http://www.au.kddi.com/seihin/ichiran/kishu/sh002/index.html [8] D. Dondi, A. Bertacchini, L. Larcher, P. Pavan, D. Brunelli, and L. Benini, “A solar energy harvesting circuit for low power applications,” in Proc. IEEE International Conf. Sustainable Energy Technologies, Nov. 2008, pp. 945-949. [9] H. S. H. Chung, K. K. Tse, S. Y. R. Hui, and C. M. Mok, “A novel maximum power point tracker for pv systems,” in Proc. Sixteenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, Mar. 2001, pp. 321-327. [10] H. Shao, C. Y. Tsui, and W. H. Ki, “Maximizing the harvested energy for micro-power applications through efficient MPPT and PMU design,” in Proc. 15th Asia and South Pacific Design Automation Conference, Jan. 2010, pp.75-80. [11] K. N. Leung and P. K. T. Mok, “A sub-1-V 15-ppm/°C CMOS bandgap voltage reference without requiring low threshold voltage device,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 37, no. 4, pp. 526-530, Apr. 2002. [12] 吳建霖,“適用於可攜式裝置之低電壓且同步整流之升壓式轉換器,”國立中興大學碩士論文, 中華民國九十五年七月。 [13] Y. S. Hwang, M. S. Lin, B. H. Hwang, and J. J. Chen, “A 0.35μm CMOS sub-1V low-quiescent-current low-dropout regulator,” in Proc. IEEE Asian Solid-State Circuits Conference, Nov. 2008, pp. 153-156.zh_TW
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11455/8826-
dc.description.abstract為了將綠色能源應用於可攜式裝置系統,本論文提出一太陽能系統之穩壓電路之設計與實現,此設計包含一穩定低電壓且限流之直流-直流轉換器。其直流-直流轉換器的控制方式可分為脈波寬度調變(PWM)與脈波頻率調變(PFM)二種技術,而本論文在此使用PFM的原因在於PWM穩定度控制較難設計;而PFM穩定度控制較容易且具有限制電流能力,適合本論文之設計。 由於太陽能電池因光照射強度不同,電壓也會隨著照射程度而改變,因此本論文提出一使用啟動電路來控制電路自我啟振的功能,且再將其接至具有限流能力之脈波頻率調變升壓轉換器,透過轉換器來穩定輸出電壓;當太陽能電池光照強度可提供一穩定直流電壓後隨即關閉自我啟振之功能,將轉換器的輸出電壓供給低電壓降線性調節器(LDO)。因此透過上述機制實現一適用於太陽能系統之穩壓電路。 本論文設計之太陽能系統之穩壓電路是利用台灣積體電路製造股份有限公司(TSMC)提供之0.18μm CMOS 1P6M 1.8/3.3V Mixed Signal製程所設計實現,此面積大小為0.727 * 0.546 mm2,其工作電壓範圍為1V~1.2V,輸出電壓為穩定0.9V,其中整體平均效率可達到80%以上。zh_TW
dc.description.abstractTo investigate the green energy used in portable devices, this thesis presents the design of a stable voltage regulator circuit in the solar-cell system. This design includes a stable low-voltage and a current-limit DC/DC Converter. There are two control methods for the DC/DC converter, i.e., pulse width modulation (PWM) and pulse frequency modulation (PFM). Here, we utilize PFM because PWM is more difficult to design its stability control. PFM is much easier to control and capable of current limit. As the light intensity in the solar-cell battery differs, its output voltage changes. In order to gain a stable voltage, we use the start-circuit to control the self-start function, and use the PFM boost converter to control the output of self-start circuit. When the light intensity in the solar-cell battery is strong enough to provide a stable DC voltage, the self-start circuit will be turned off, and the low dropout regulator (LDO) receives the output voltage of the converter. By using this mechanism, a stable voltage is obtained for the solar-cell system. The circuit is designed and fabricated by using TSMC 0.18μm CMOS 1P6M 1.8V/3.3V mixed signal technology. The chip size is 727mmen_US
dc.description.tableofcontents目錄 誌 謝 ………………………………………………………………………I 中文摘要 ………………………………………………………………………II 英文摘要 ………………………………………………………………………III 目 錄 ………………………………………………………………………IV 圖 目 錄 ………………………………………………………………………VI 表 目 錄 ………………………………………………………………………X 第 一 章 緒論………………………………………………………………..... 1 1.1背景介紹………………………………………………………………. 1 1.2研究動機………………………………………………………………. 2 1.2.1太陽能電池發電原理………………………………………….... 2 1.2.2振動發電原理………………………………………………….... 2 1.2.3溫度差發電原理……………………………………………….... 3 1.3論文架構………………………………………………………………. 3 第 二 章 直流-直流轉換器概論........………………………………………. 4 2.1低壓降線性穩壓器……………………………………………………. 4 2.2直流切換式穩壓器……………………………………………………. 5 2.2.1升壓轉換器.…..…………………………………………………. 5 2.2.2降壓轉換器.…..…………………………………………………. 6 2.2.3升降壓轉換器...…………………………………………………. 7 2.3連續導通模式…………………………………………………………. 8 2.3.1升壓轉換器.…..…………………………………………………. 8 2.3.2降壓轉換器.…..…………………………………………………. 9 2.3.3升降壓轉換器...…………………………………………………10 2.4不連續導通模式………………………………………………………11 2.4.1升壓轉換器.…..…………………………………………………11 2.4.2降壓轉換器.…..…………………………………………………12 2.4.3升降壓轉換器...…………………………………………………13 2.5切換式轉換器規格參數………………………………………………14 2.5.1效率……….…..…………………………………………………14 2.5.1.1導通損失..…………………………………………………14 2.5.1.2切換損失..…………………………………………………15 2.5.1.3靜態消耗..…………………………………………………15 2.5.2線性穩壓….…..…………………………………………………15 2.5.3負載穩壓….…..…………………………………………………16 2.5.4輸出電壓漣波...…………………………………………………16 2.5.5暫態響應...........…………………………………………………17 2.6切換式轉換器控制方式..………………………………………………18 2.6.1電壓模式之脈波頻率調變...……………………………………18 2.6.2限流模式之脈波頻率調變...……………………………………19 2.6.3電壓模式之脈波寬度調變...……………………………………20 2.6.4限流模式之脈波寬度調變...……………………………………21 第 三 章 太陽能電池轉換器介紹........………………………………………22 3.1太陽能電池材料介紹………..……………………………………22 3.2太陽能板電氣特性...….……..……………………………………23 3.3太陽能光電轉換系統....……..……………………………………25 3.3.1獨立式供應系統...……..……………………………………25 3.3.2並聯式供應系統...……..……………………………………26 3.3.2.1單級系統......……..……………………………………26 3.3.2.2多級系統......……..……………………………………27 3.3.2.3晶片式供應系統....……………………………………27 3.4最大功率點追蹤……....……..……………………………………28 3.4.1電壓回授法……...……..……………………………………28 3.4.2功率回授法……...……..……………………………………29 3.4.3擾動觀察法……...……..……………………………………29 3.4.4直線近似法……...……..……………………………………30 3.4.5實際量測法……...……..……………………………………30 第 四 章 太陽能系統之穩壓電路設計分析與設計…………………………31 4.1系統電路分析………………..……………………………………32 4.2運算放大器…………………..……………………………………33 4.3能隙參考電壓………………..……………………………………34 4.4遲滯比較器....………………..……………………………………36 4.5偏壓電路........………………..……………………………………37 4.6環形振盪器....………………..……………………………………38 4.7限制電流電路………………..……………………………………39 4.8關閉時間控制電路…………..……………………………………42 4.9線性穩壓調節器……………..……………………………………43 4.10選擇控制電路..……………..……………………………………44 第 五 章 整體系統模擬結果…………………………………………………45 5.1模擬結果……………………..……………………………………47 5.2佈局…………………………..……………………………………52 5.3規格................………………..……………………………………54 第 六 章 結論…………………………………………………………………55 參考文獻……..…………………………………………………………………56 圖目錄 圖1.1太陽能電池直流-直流轉換系統的應用...…………………………….. 1 圖1.2太陽能電池發電原理...………………………………………………….. 2 圖1.3壓電效應發電原理.......………………………………………………….. 2 圖1.4溫度差發電原理...........………………………………………………….. 2 圖1.5本論文電路架構...........………………………………………………….. 3 圖2.1低壓降線性穩壓器基本架構.......……………………………………….. 4 圖2.2升壓轉換器基本架構.......……………………………………………….. 5 圖2.3升壓轉換器開關導通之工作情形.......………………………………….. 5 圖2.4升壓轉換器開關關閉之工作情形.......………………………………….. 5 圖2.5降壓轉換器基本架構.......……………………………………………….. 6 圖2.6降壓轉換器開關導通之工作情形.......………………………………….. 6 圖2.7降壓轉換器開關關閉之工作情形.......………………………………….. 6 圖2.8升降壓轉換器基本架構.......…………………………………………….. 7 圖2.9升降壓轉換器開關導通之工作情形.......……………………………….. 7 圖2.10升降壓轉換器開關關閉之工作情形.......……………………………… 7 圖2.11升壓轉換器之連續導通波形.......…………………………………..….. 8 圖2.12降壓轉換器之連續導通波形.......……………………………………… 9 圖2.13升降壓轉換器之連續導通波形.......…………………………………...10 圖2.14升壓轉換器不連續導通模式波形.......………………………………...11 圖2.15降壓轉換器不連續導通模式波形.......………………………………...12 圖2.16升降壓轉換器不連續導通模式波形.......……………………………...13 圖2.17漣波輸出電壓.......……………………………………………………...16 圖2.18暫態響應變化情形.......………………………………………………...17 圖2.19電壓模式之脈波頻率調變升壓式轉換器.......………………………...18 圖2.20電壓模式之脈波頻率調變對於不同Vdd對應不同I變化.......………...19 圖2.21電流模式之脈波頻率調變升壓式轉換器.......………………………..19 圖2.22限流模式之脈波頻率調變對於不同Vdd對應不同I變化...................20 圖2.23電壓模式之脈波寬度調變升壓式轉換器.......………………………..20 圖2.24電壓模式之脈波寬度調變對於不同Vdd對應不同I變化.......………21 圖2.25電流模式之脈波寬度調變升壓式轉換器.......………………………..21 圖3.1太陽能板等效電路.......………………………………………………....23 圖3.2太陽能板輸出特性.......………………………………………………....24 圖3.3山屋太陽能板獨立式供應.......…………………………………………25 圖3.4獨立式太陽能供應系統.......……………………………………………25 圖3.5並聯式太陽能供應系統.......……………………………………………26 圖3.6並聯式單級具蓄電池之系統架構.......…………………………………26 圖3.7並聯式多級具蓄電池之系統架構.......…………………………………27 圖3.8太陽能充電手機.......………………………………………………........27 圖3.9固定參考電壓法架構圖.......……………………………………………28 圖3.10可變參考電壓法架構圖.......…………………………………………..28 圖3.11功率回授法架構圖.......………………………………………………..29 圖3.12擾動與觀察法架構圖.......……………………………………………..29 圖3.13增量電導法架構圖.......………………………………………………..30 圖3.14直線近似法架構圖.......………………………………………………..30 圖3.15實際量測法架構圖.......………………………………………………..31 圖4.1太陽能系統之穩壓電路設計之整體架構圖.......………………………32 圖4.2雙級運算放大器電路.......………………………………………………33 圖4.3雙級運算放大器模擬圖.......……………………………………………33 圖4.4能隙參考電壓源電路.......………………………………………………34 圖4.5 Vdd=3.3V時電路對於製程變異影響之模擬圖.......……………………35 圖4.6不同的輸入電壓對應的輸出電壓模擬圖……........…………………...35 圖4.7比較器電路.......…………………………………………………………36 圖4.8比較器電路模擬圖.......…………………………………………………36 圖4.9偏壓電路.......……………………………………………………………37 圖4.10環形振盪器.......………………………………………………………..38 圖4.11環形振盪器電路模擬圖.......…………………………………………..38 圖4.12基本型串接式限制電流電路.......……………………………………..39 圖4.13感測式限制電流電路.......……………………………………………..39 圖4.14改良式限制電流電路.......……………………………………………..40 圖4.15改良式限制電流電路模擬圖.......……………………………………..41 圖4.16當Vdd=1.2V時改良式限制電流電路輸出模擬圖.........……………...41 圖4.17關閉時間控制電路.......………………………………………………..42 圖4.18關閉時間控制電路模擬圖.......………………………………………..42 圖4.19改良型線性穩壓調節器架構圖.......…………………………………..43 圖4.20改良型線性穩壓調節器電路.......……………………………………..43 圖4.21改良型線性穩壓調節器電路線性調節率模擬圖.......………………..44 圖4.22改良型線性穩壓調節器電路負載調節率模擬圖.......………………..44 圖4.23改良型線性穩壓調節器電路瞬間負載模擬圖.......…………………..45 圖4.24改良型線性穩壓調節器電路瞬間無負載模擬圖.......………………..45 圖4.25選擇控制電路架構.......………………………………………………..46 圖4.26當Sel=0時,do選擇輸出din_1......…………………………………46 圖4.27當Sel=1時,do選擇輸出din_2......…………………………………46 圖5.1不穩定至穩定供應電壓源之系統模擬圖……….........………………..47 圖5.2 Vdd=1.2V、Vo=0.9V、Iload=1mA整體電路模擬圖.......………………..48 圖5.3 Vdd=1.2V、Vo=0.9V、Iload=1mA細部模擬圖.......……………………..48 圖5.4 Vdd=1.2V、Vo=0.9V、Iload=20mA整體電路模擬圖.......………………49 圖5.5 Vdd=1.2V、Vo=0.9V、Iload=20mA細部模擬圖.......……………………49 圖5.6 Vdd=1.2V、Vo=0.9V、Iload=50mA整體電路模擬圖.......………………50 圖5.7 Vdd=1.2V、Vo=0.9V、Iload=50mA細部模擬圖.......……………………50 圖5.8 Vdd=1.2V、Vo=0.9V、Iload=100mA整體電路模擬圖.......……………..51 圖5.9 Vdd=1.2V、Vo=0.9V、Iload=100mA細部模擬圖.......…………………..51 圖5.10功率電晶體佈局剖面示意圖......……………………………………...52 圖5.11系統晶片佈局圖......…………………………………………………...53 圖5.12系統晶片照相圖......…………………………………………………...53zh_TW
dc.language.isoen_USzh_TW
dc.publisher電機工程學系所zh_TW
dc.relation.urihttp://www.airitilibrary.com/Publication/alDetailedMesh1?DocID=U0005-1308201019111900en_US
dc.subject太陽能電池zh_TW
dc.subjectSolar-cellen_US
dc.subject脈波頻率調變zh_TW
dc.subjectPFMen_US
dc.title太陽能系統之穩壓電路設計zh_TW
dc.titleRegulation Circuit Design for Solar-Cell Systemsen_US
dc.typeThesis and Dissertationzh_TW
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.openairetypeThesis and Dissertation-
item.cerifentitytypePublications-
item.fulltextno fulltext-
item.languageiso639-1en_US-
item.grantfulltextnone-
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