太陽光源模擬燈具電源安定器設計開發

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姓名

張超榮(Chao-Rong Jhang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

太陽光源模擬燈具電源安定器設計開發
(Development of an Electronic Ballast for a Light Source for Solar illumination Simulation)

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摘要(中)

本研究為太陽能板電力系統效能測試設備設計太陽光模擬光源之電子安定器。太陽光之模擬光源選用與其光譜最接近的高強度氣體放電燈。本研究以微控制器做為安定器的控制核心，配合週邊硬體電路，對光源的驅動電源執行電壓回饋、電流回饋，以穩定電功率及亮度之輸出。以微控制器為核心可降低硬體複雜度、增加抵抗雜訊能力、增加系統彈性。以USB作為通訊介面，可由主電腦端控制光源亮度，亦能將實驗數據回傳做為記錄與分析的依據。
所研製的安定器效能的實測試結果涵蓋: 從冷、熱啟動點燈達到溫度穩定的需時，照明中功率設定值改變造成電壓電流變化所需的穩定時間，直流電壓轉換的能量效率，定電壓、定電流、定電功率的回授控制模式的線性度。

摘要(英)

This research is to develop an electronic ballast for a solar illumination simulation light source as a key element towards the development of a solar electric power system test equipment. High Intensity Discharge HID lamp is chosen as the simulating light source because of the similarity between its photonic spectrum and that of the sun.
An electronic ballast is necessary to ignite the lamp and to maintain and control its illumination afterwards. We applied a microcontroller together with switching power circuits to achieve the desired functionalities with much flexibility of tuning, monitoring, and future developments. The electronic ballast may operate in constant voltage mode, constant current mode, and constant power mode. The USB port of its microcontroller allows remote control, adjustment, and status monitoring from a host computer.
The following performance figures were tested and reported: the time it requires to get the lamp ignited to reach its thermal steady state, the dynamic response of the lamp to a set point change in constant power operation as it is necessary to simulate solar illumination on a satellite in orbit, the power efficiency of the voltage converter in the ballast, and the linearity deviation of ballast feedback controls in constant voltage, constant current, and constant power mode, respectively.

關鍵字(中)

★ 電子安定器
★ 太陽光源
★ 模擬
★ 高亮度氣體放電燈

關鍵字(英)

★ HID
★ electronic ballast
★ simulation
★ solar illumination
★ high intensity discharge lamp

論文目次

目錄
論文摘要 2
ABSTRACTS 6
致謝 7
目錄 8
圖目 10
表目 11
第1章緒論 12
1.1 研究目的與動機 12
1.2 文獻回顧 14
1.3 研究構想 16
1.4 論文章節 16
第2章量測標準及技術基礎 17
2.1 太陽能發電物理基礎 17
2.2 現有電源量測技術基礎 20
2.3 氣體放電燈物理原理 22
2.4 基本電路原理 24
2.4.1 MOSFET原理 24
2.4.2 降壓電路 29
2.4.3 換流器電路 34
2.4.4 倍壓電路 38
第3章系統設計 41
3.1 系統功能方塊 41
3.2 韌體狀態機 44
3.3 硬體電路設計 47
3.4 韌體參數設定 50
第4章實驗與數據分析 52
4.1 系統啟動時間 52
4.2 系統動態反應 56
4.3 DC/DC轉換效率 59
4.4 回饋控制的準確度及線性度誤差 61
第5章結論 65
參考文獻 66

參考文獻

【1】莫清賢、林再福、林憲男，”最像日光的燈:氙燈”，電力電子技術雙月刊， 1999年4月，頁19-25。
【2】葉錦宏，光源的色溫與演色性，未出版手稿，天朗照明有限公司總經理。
【3】K. A. Tsokos, Physics for the IB Diploma Fifth edition, Cambridge University Press, Cambridge, 2008
【4】http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%A4%AA%E9%98%B3%E8%83%BD%E7%94%B5%E6%B1%A0
【5】”Standard Test Method for Electrical Performance of Photovoltic Cells Using Reference Cells Under Simulated Sunlight ” American Society for Testing and Materials Committee, E948-95
【6】http://www.kson.com.tw/chinese/study_23-5.htm
【7】黃家華（民94）,太陽能電池之效率量測系統與元件表現參數之分析, 國立東華大學電機工程研究所碩士論文。
【8】S.O. Kasap, “Optoelectronics and Photonics Principles and Practice” Chapter 6 Photovoltaic Devices
【9】Robert W. Erickson & Dragan Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics 2nd edition, Kluwer Academic Publishers, 2001
【10】http://zh.wikipedia.org/wiki/MOSFET
【11】http://140.120.11.1/prophys/electron/lecturenote/7_2.pdf
【12】http://www.vishay.com/docs/91070/91070.pdf
【13】http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATASHEET/CD00173646.pdf

指導教授

江士標、葉則亮
(Shyh-Biau Jiang、Tse-Liang Yeh)

審核日期

2011-7-19

推文