具同步整流昇壓饋入式定頻半橋串聯諧振轉換器之研製

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研究生：	陳滄智 Tsang-chih Chen
論文名稱：	具同步整流昇壓饋入式定頻半橋串聯諧振轉換器之研製 Desing and Implementation of a Boost-fed Constent-frequency Half-Bridge Series Resonant Converter with Synchronous Rectification
指導教授：	羅有綱 Yu-Kang Lo 邱煌仁 Huang-Jen Chiu
口試委員:	劉益華 none 歐勝源 none
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電資學院 - 電子工程系 Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年：	2012
畢業學年度：	100
語文別：	中文
論文頁數：	178
中文關鍵詞：	交錯式昇壓轉換器、串聯諧振轉換器、同步整流電路。
外文關鍵詞：	Interleaved Boost Converter, Series-Resonant Converter, Synchronous Rectifier
相關次數：	點閱：183 下載：10
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本篇論文主要研製昇壓饋入式定頻操作半橋串聯諧振轉換器，其電路架構使用一組操作於不連續導通模式(Discontinuous-Conduction Mode, DCM)的交錯式昇壓轉換器，將後級串聯諧振轉換器輸出電壓回授至此昇壓轉換器，利用昇壓轉換器改變工作週期的工作方式，使串聯諧振轉換器電路於輕、中、重載時，皆能操作在諧振點上，以達到最佳效率。另一方面，控制IC電路所提供的信號，亦同時控制同步整流電路，讓轉換器在不同的負載電流條件下，同步整流控制信號皆可追隨一次側電路。藉由計算諧振電路所需的死域時間(Dead Time)和同步整流電路所需的延遲導通時間與提前截止時間，使得諧振電路在輕載至滿載的負載條件下時，皆能操作在零電壓切換(Zero-voltage-switching, ZVS)的工作模式。在輕載條件下，由於電路皆操作在諧振頻率上，可有效地降低切換損失，而在重載條件下時，同步整流電路可有效降低電路整體的導通損失，使得轉換器在不同的負載狀況下，均能達到最佳的轉換效率。
依據本論文所研製的150 W / 19 V電路，整體電路包含前級功因修正電路及後級昇壓饋入式定頻半橋串聯諧振轉換器，能於輕載時減少切換損失，於重載時降低導通損失，並於輕載時能有效穩定輸出電壓並提昇效率，於輕載2 A至滿載8 A實測效率皆可達到90 %以上。

This thesis presents a constant-frequency series resonant converter (SRC) with a pre-stage circuit of an interleaved DCM boost converter with a varied duty cycle regulated by output-voltage feedback. Under full-range load comditions, the series resonant converter is operated at the first resonant-frequency to achieve optimal efficiency performance. Synchronous Rectifier (SR) is also used to reduce the secondary rectification loss. The gating signals for synchromous rectifier are from a SR control IC to follow primary-side signals. For the studied SRC circuit, the zero-voltage-switcing (ZVS) at primary-side switches can reduce the switching losses at light-load condition due to resonant-frequency operation while the synchronous rectifier reduces the secondary rectification loss at heavy-load condition..
Finally, an 150W/19V laboratory prototype composed of a power factor corrector (PFC) and the studied boost-fed constant-frequency series resonant converter was implemented and tested. Theoretical analyses are verified with the experimental results. The measured efficiency can be higher than 90% at 2A light-load to 8A heavy-load conditions.

摘　要	i
Abstract	ii
誌　謝	iii
目　錄	v
圖索引	viii
表索引	viii
第一章 緒論	1
1-1 研究動機與目的	1
1-2 內文編排方式	3
多相式	3
第二章 功率因數修正器之架構與原理	4
2-1 功率因數與總諧波失真之定義	4
2-2 功率因數修正器之種類	11
2-2-1 主動式功率因數修正器	11
2-2-2 被動式功率因數修正器	12
2-3 功率因數修正器之電路架構	14
2-3-1 降壓型電路架構	14
2-3-2 昇降壓型電路架構	15
2-3-3 昇壓型電路架構	15
2-4 昇壓型功率因數修正器之電路架構與原理	16
第三章 無橋式功率因數修正器之架構與原理	20
3-1 單開關標準式	20
3-2 雙開關無橋式	23
3-3 單開關標準式與雙開關無橋式之電路架構比較	26
第四章 多相式昇壓型轉換器理論與分析	28
4-1 多相式昇壓型轉換器介紹	28
4-2 雙相交錯式昇壓型轉換器電路分析	30
4-3 雙相交錯式昇壓型轉換器電路動作工作時序分析	32
4-4 儲能電感分析	36
4-5 輸出電容分析	38
4-6 功率切換開關及功率二極體分析	41
4-7 雙相式昇壓型轉換器電路輸入漣波電流分析	42
第五章 串聯諧振轉換器動作原理	45
5-1 R-L-C串聯諧振電路	46
5-2 半橋串聯諧振式轉換器電路	48
5-2-1 Region 1(SRC諧振模式)	50
5-2-2 Region 2(LLC諧振模式)	51
5-2-3 Region 3(零電流切換區間)	53
5-3 SRC電路動作分析	54
5-4 LLC-SRC電路動作分析	61
5-5 SRC與LLC-SRC之分析比較	70
第六章 定頻式半橋串聯諧振轉換器	73
6-1 定頻式半橋串聯諧振轉換器動作分析	73
6-2 諧振槽分析	80
6-2-1 諧振槽轉移函數分析	80
6-2-2 Q值對轉移函數的影響	83
6-2-3 K值對轉移函數的影響	84
6-2-4 n值大小對轉移函數的影響	86
6-2-5 Lr與Cr的變化對電壓增益函數的影響	87
6-3 定頻SRC輸出同步整流技術	88
6-3-1 同步整流技術之優點	88
6-3-2 輸出同步整流之信號控制	91
第七章 整機電路設計	92
7-1 主動功率因數修正器之電路設計	92
7-1-1 控制IC FAN-6961	92
7-1-2 主動功率因數修正器電路規格	94
7-1-3 主動功率因數修正器之功率級元件設計	94
7-2 昇壓饋入式之定頻操作式串聯諧振電路設計流程	100
7-2-1 交錯式昇壓型轉換器電路設計	101
7-2-2 半橋式串聯諧振轉換器電路架構	103
7-2-3 半橋式串聯諧振式轉換器電路設計	104
7-2-4 諧振槽與變壓器設計	107
7-2-5 功率元件與輸出電容設計	112
第八章 實驗數據與結果	117
8-1 電路實測波形簡介	117
8-2 前級EMI + 無橋式 PFC電路實測波形與數據	118
8-2-1 輸入交流電壓源115 Vrms之波形	118
8-2-2 輸入交流電壓源115 Vrms之數據	123
8-2-3 輸入交流電壓源230 Vrms之波形	124
8-2-4 輸入交流電壓源230 Vrms之數據	129
8-3 後級定頻SRC電路實測波形與數據	130
8-3-1 交錯式昇壓電路之波形	131
8-3-2 串聯諧振與同步整流之上、下橋控制信號	135
8-3-3 串聯諧振電路驅動信號與諧振電感電流波形	138
8-3-4 後級定頻SRC電路實測數據	146
8-4 整機電路實測數據	148
8-4-1 輸入交流電壓源115 Vrms之數據	148
8-4-2 輸入交流電壓源230 Vrms之數據	150
第九章 結論與未來展望	152
9-1 結論	152
9-2 未來展望	152
參考文獻	154

                                

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