簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 李國輝
Kuo-hui Lee
論文名稱: 雙組輸出高性能薄型外接式電源轉換器研製
Design and Implementation of a High-Performance Low-Profile Dual-Output Adaptor
指導教授: 羅有綱
Yu-Kang Lo
邱煌仁
Huang-Jen Chiu
口試委員: 歐勝源
Sheng-Yuan Ou
劉益華
Yi-Hua Liu
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: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 108
中文關鍵詞: 半橋式串聯諧振轉換器主動式功率因數修正器零電壓切換技術同步整流技術
外文關鍵詞: Series Resonant Converter, Active Power Factor Corrector, Zero-voltage Switching, Synchronous Rectification.
相關次數: 點閱:325下載:13
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本論文主要研製一外接式AC/DC電源轉接器(Adaptor)。所研製的adaptor由昇壓型主動式功率因數修正器(Power Factor Correction, PFC)與具有同步整流LLC串聯諧振轉換器(Series Resonant Converter, SRC)組成。PFC電路可以提昇功率因數到90%以上,有效減少輸入電流的諧波。LLC串聯諧振轉換器運用零電壓切換(ZeroVoltage Switching, ZVS)的特性,因此具有高效率的特點。此外研製的adaptor也具有輕、薄、低耗能、高效率,價格競爭性等優點。
    本論文詳細分析、討論了電路工作原理、設計考量。所研製的120W實驗原型機經測試後驗證了線路的可行性。全電壓輸入的範圍是90~264VAC,雙組輸出電壓,一組+19VDC額定輸出功率110W,另外一組輸出電壓為+5VDC,額定輸出功率10W,電路板(PCB)的面積只有154mm長、60mm寬,零件高度限定為15mm。此電源轉換器的結構於輸入端是一組可濾除電磁干擾 (Electro-Magnetic Interference, EMI )的濾波器(Filter),加入輸出過電壓、過電流、短路與本體過溫度等保護電路提昇所研製的adaptor的可靠性。經過實驗測試驗証所研製的adaptor平均效率於額定輸入電壓115VAC時達89.2%。


    The thesis aims to study and implement an external AC to DC adaptor. The studied adaptor consists of a boost power factor corrector (PFC) and a LLC series resonant converter with synchronous rectification. The PFC circuit raises the input power factor to 90% and eliminates the input current harmonics. The LLC series resonant converter presents high efficiency performance due to zero-voltage switching feature. The studied adaptor has many advantages such as low profile, low powerconsumption, high efficiency, and cost competitiveness.
    The operating principles and design considerations of the studied adaptor are analyzed and discussed in details. A 120W laboratory prototype is built and tested to verify the feasibility of the proposed scheme. The prototype can be operated under universal input voltage range from 90 to 264VAC and provides two sets of outputs: +19VDC/ 110W and +5V/10W. The size is only 154mm(length)´ 58mm(width)´ 15mm. An EMI Filter is also added in front of the adaptor to reduce the conducted EMI emission. Some protection functions such as over-voltage-protection (OVP), over-current-protection (OCP), short-circuit-protection, and over-temperature-protection (OTP) are realized to raise the reliability of the studied adaptor. According to the experimental verifications, the average efficiency of the studied adaptor is 89.2% at rated input 115VAC.

    摘 要….. Ⅰ Abstract… Ⅱ 誌 謝….. Ⅲ 目錄…….. Ⅳ 符號索引.. Ⅶ 圖索引….. Ⅹ 表索引….. ⅩⅣ 第一章緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究內容 2 1.3 論文內容章節簡述 3 第二章 主動式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 升壓型功率因數修正器之電路架構 9 2.3 功率因數修正器之控制模式 11 第三章 半橋串聯諧振式轉換器原理與架構 13 3.1 理想R-L-C串聯諧振電路的頻率響應 14 3.2 半橋串聯諧振轉換器簡介 15 3.3 半橋串聯諧振模轉換器之暫態動作分析 20 3.3.1 SRC半橋串聯諧振暫態動作分析 20 3.3.2 LLC半橋串聯諧振暫態動作分析 27 3.4 SRC與LLC之比較 35 3.5 諧振槽之分析與模擬 36 3.5.1 品質因數及K值變動之增益對頻率響應分析 38 3.5.2 特性阻抗Zo變動之增益對頻率響應分析 41 第四章 同步整流與降壓型轉換器 42 4.1 同步整流電路的優點 42 4.2 同步整流電路控制信號 43 4.3 降壓型轉換器 44 第五章 實際電路設計 48 5.1 電氣規格 48 5.2 保險絲與橋式整流二極體的設計選用 48 5.3 主動式功率因數修正電路元件的設計選用 50 5.3.1 PFC電氣規格需求 50 5.3.2 控制IC L6563H 51 5.3.3 PFC功率級元件設計選用 53 5.4 LLC半橋諧振槽功率元件設計選用 57 5.4.1 控制IC L6599AD 58 5.4.2 諧振槽電感、電容設計選用 60 5.4.3 主變壓器設計選用 64 5.5 同步整流與降壓轉換器功率元件設計選用 68 5.5.1 控制IC SRK2000與同步整流功率元件設計 68 5.5.2 +5V降壓轉換器設計 71 5.6 保護電路 74 第六章 整機設計實測數據與波形 76 6.1 整機照片 77 6.2 整機電氣規格量测 78 6.3 主動式功率因數修正電路實測數據與波形 87 6.4 LLC半橋串聯諧振電路與同步整流實測數據與波形 90 6.5 降壓型轉換電路實測數據與波形 96 6.6 整機溫度分佈圖 98 6.7 整機傳導與輻射電磁干擾量測 99 第七章 總結與未來展望 104 7.1 總結 104 7.2 未來展望 105 參考文獻 106

    [1] F. C. Lee, “High-Frequency Quasi-Resonant and Multi-Resonant Converter Technologies”, IEEE IECON, pp. 509-521, 1988.
    [2] J. G. Cho, J. A. Sabate, and F. C. Lee, “Novel Full Bridge Zero-Voltage-Transition PWM DC/DC Converter for High Power Applications,” IEEE PESC, pp. 143-149, 1994.
    [3] J. Feng, Y. Hu, W. Chen, and C. C. Wen, “ZVS Analysis of Asymmetrical Half-Bridge Converter,” IEEE PESC, vol. 1, pp. 243-247, 2001.
    [4] M. K. Kazimierczuk and S. Wong, “Frequency-Domain Analysis of Series Resonant Converter for Continuous Conduction Mode,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 7, no. 2, pp. 270-279, 1992.
    [5] M. K. Kazimierczuk and D. Czarkowski, “Resonant Power Converters,” Wiley-Interscience publication, ISBN 0-471-04706-6.
    [6] S. C. Wong, A. D. Brown, Y. S. Lee, and S. W. Ng, “Parasitic Losses Modeling of a Series Resonant Converter Circuit,” IEEE Circuits and Systems, vol. 2, pp. 921-924, 1997
    [7] A. K. S. Bhat, “Analysis and Design of a Modified Series Resonant Converter,” IEEE Transactions on Power Electronics, pp. 423-430, 1993.
    [8] 宋自恆、林慶仁,「功率因數修正器之原理與常用元件規格」,新電子科技雜誌217 期,民國93 年4 月。
    [9] B. Lu, W. Liu, Y. Liang, F. C. Lee, and J. D. Van Wyk, “Optimal Design Methodology for LLC Resonant Converter,” IEEE APEC, pp. 533–538. 2006.。
    [10] S. Manias, “Novel Full Bridge Semicontrolled Switch Mode
    Rectifier,” IEE Proc. Electric Power Applicat. , vol. 138, no. 5, pp.
    252-256, Sept. 1991.
    [11] R. Martinez and P. N. Enjeti, “A High-Performance Single-Phase
    Rectifier With Input Power Factor Correction,” IEEE Trans. Power
    Electron., vol. 11, no. 2, pp. 311-317, Mar. 1996.
    [12] B. Yang, F. C. Lee, A. J. Zhang, and G. S. Huang, “LLC Resonant Converter for Front End DC/DC Conversion,” IEEE APEC, pp. 1108-1112, 2002.
    [13] 黃柏騰,「符合待機規範之交流/直流轉換器的研製」,國立台北科技大學電機工程系研究所碩士論文,民國95 年。
    [14] 顏上進,「串聯諧振轉換器輕載調制策略之研究」,國立台灣科技大學電子工程系研究所博士論文,民國九十五年。
    [15] 江建成,「單極功因返馳式修正電源轉換器之製 作」,國立中山大學電機工程系研究所碩士論文,民國96年。
    [16] ST Microelectronics, “L6561, Enhanced Transition Mode Power
    Factor Corrector”, Application Note, AN966, March 2003.
    [17] N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robbins, “Power Electronics Converters, Applications, and Design”, John Wiley & Sons Inc., 3rd Edition, 2003.
    [18] A. I. Pressman, “Switching Power Supply Design”, Second Edition, 1998, McGraw-Hill International.。
    [19] 鐘郁緯,「符合能源之星規範個人電腦電源供應器之研製」,國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文,民國九十七年。
    [20] G. C. Chryssis, 著,梁適安譯,「高頻交換式電源供應器」,民國84年,全華科技圖書。
    [21] Conquer Fuse “ Micro Fuse MSF Type ”Date Sheet,2007.
    [22] ST Microelectronics,“L6563H High Voltage Start-up Transition-mode PFC,”Date Sheet,2009.
    [23] ST Microelectronics,“L6599A Improved High-voltage Resonant Controller,”Date Sheet,2009.
    [24] 陳揚斌,“高效率LLC同步整流串聯諧振轉換器之研製”,國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文,民國九十八年。
    [25] 謝士弘,“LLC半橋串聯諧振式之轉換器之設計考量與研製”,國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文,民國九十六年
    [26] ST Microelectronics,“SRK2000 Synchronous Rectifier Smart Driver for LLC Resonant Converter,”Date Sheet,2010.
    [27] Champion,“CM2593 Step Down Voltage Regulator”Date Sheet,2007.
    [28] TDK Corporation,“Electronic Components&Materials: Ferrites For Switching Power Supplies”Data Sheet,2009.

    無法下載圖示 全文公開日期 2016/07/27 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
    QR CODE