建構於自行車發電機之電力管理系統及其應用

Bicycle Power Management Based on Hub Generator and Its Application

鄧煒騰(Wei-Teng Deng)

指導教授 ： 李仁貴

國立臺北科技大學/電資學院/電腦與通訊研究所/碩士(2010年)

摘要

本研究目的在於研製一自行車電力管理系統，電力來源主要是透過建構於自行車前輪的發電花鼓以及鋰離子電池進行系統供電。系統負載以自行車車燈、USB (Universal Serial Bus)介面充電器、MMC (Multi Media Card)卡記錄裝置、繪圖型液晶顯示模組和心率表為例。在寬廣的電流負載範圍之間(10mA至600mA)，根據不同使用情境判斷並自動切換至各種電源管理機制。
另一方面建構同步昇壓、降壓電路。引入電力管理機制，利用省電型單晶片切換工作模式使其達到最大轉換效率，確保有限的電力供應下有最大利用。
系統架構採用德州儀器(Texas Instrument)生產之MSP430省電單晶片來實現控制法則。輸入電壓Vrms= 4~22V之交流電源，兩組直流電壓輸出Vo1=3.3V、Vo2=5V 。昇壓轉換器重載效率92%(Vin=4.5V ,Vout=5V ,I out=600mA)輕載效率可達70% (Vin=5V , Vout=3.3V, I out=10mA) 自行車停駛狀態可供應系統滿載運作一小時之久。並在發電機不同轉速下供應ECG心跳表做信號干擾的比較分析，為系統供應電力及功能進行驗證。

關鍵字

DC/DC轉換器 ； 電力管理 ； 心率偵測

並列摘要

This thesis focuses on the design and implementation of the power management based on the bicycle hub-dynamo, which supplies the power energy. Power input stage incorporated a Li-ion battery as buffer supply system operating system, loads include: lights, USB (Universal Serial Bus) charger, MMC (Multi Media Card) storage device, graphic LCD (Liquid Crystal Display) module and ECG(electrocardiogram) heart rate monitor. In the wide load range (at 10mA ~ 600mA), it switched to different power management mechanisms according to different load conditions.
On the other hand, the power consumption model of synchronous buck and boost converter. , and the maximum efficiency point under each load condition was found. Moreover, power management method was implemented for the maximum conversion efficiency in order to ensure the system the maximum power under limited power supply.
TI (Texas Instrument) low power microprocessor was adopted to implement control rules. Input AC peak voltage 4~22 volts, two DC output voltage sets: Vo1=5V and Vo2=3.3V. There’re 92% and 70% efficiency behaviors within heavy load (Vin=4.5V,Vout=5V,I out=600mA) and light load conditions (Vin=5V, Vout=3.3V, I out=10mA) with Boost Converter. When the bike remained mo-tionless, the full-charged battery could supply system full-load operating 60 minutes. The researchers compared and analyzed the signal interference of system supply power with different speed supplying ECG heart rate monitor and verify the reliabil-ity of power supply system.

並列關鍵字

DC/DC Converter ； Power Management ； Heart Rate Detection

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