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研究生: 蔡富斌
Fu-pin Tsai
論文名稱: 具同步整流之數位控制半橋串聯諧振轉換器之研製
Study and Implementation of a Digitally-Controlled 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: 劉邦榮
Pang-jung Liu
林景源
Jing-yuan Lin
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: 101
中文關鍵詞: 串聯諧振轉換器零電壓切換同步整流數位控制
外文關鍵詞: Series resonant converter, Zero-voltage switching, Synchronous rectification, Digitally-controlled
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本篇論文主要研製一台輸出規格為12 V/20 A、具同步整流之數位控制半橋串聯諧振轉換器,其變壓器一次側上下橋開關導通時具有零電壓切換的特性,可以用來減少切換損失;由於輸出為低電壓大電流的規格,故變壓器二次側使用同步整流開關來代替以往使用的蕭特基二極體,可以用來減少導通損失,提昇電路整體效率。本文一開始先探討半橋串聯諧振轉換器與半橋LLC型式的串聯諧振轉換器的理論基礎,以及分析各個階段的電路動作原理和等效電路的推導,並利用數學軟體Mathcad和推導出來的諧振槽轉移函數,來繪製不同品質因數Q、電感比值K、特性阻抗Z0、諧振電感Lr、變壓器圈數比n與雜散電容Cs在諧振槽增益曲線上的變化趨勢,以利設計轉換器諧振槽時,能掌握參數變化對於諧振槽的影響。最後實作出一台輸出規格為240 W/12 V之半橋串聯諧振轉換器,並利用德州儀器所開發的數位信號處理器TMS320F28035來實現數位控制,將實測結果和理論相互印證。


This thesis presents the study and implementation of a digitally-controlled half-bridge (HB) series resonant converter (SRC) with synchronous rectification. The output specifications of this circuit are an output voltage of 12 V and an output current of 20 A. The primary-side switches possess the turn-on with zero-voltage switching (ZVS) in order to reduce the switching losses. Because of the low output voltage and high output current, the synchronous rectifiers are used instead of the schottky diodes on the secondary side to reduce the conduction losses and improve the overall efficiency. Firstly, the analysis of basic circuit theories for HB SRC and LLC-SRC are discussed. The operation principles and equivalent circuits of different working intervals of SRC and LLC-SRC are also discussed and derived, respectively. Then, according to the derived transfer function of the resonant tank, a mathematical software Mathcad is used to plot the different parameter curves for quality factor (Q), inductance ratio (K), characteristic impedance (Z0), resonant inductance (Lr), transformer turns ratio (n), and stray capacitance (Cs) on the frequency response of the voltage gain of resonant tank. Finally, a 240-W prototype circuit of an HB SRC with synchronous rectification was implemented, and control stage of the prototype circuit was realized by using Texas Instruments DSP chip TMS320F28035. Theoretical analyses are verified with the experimental results.

摘 要 i Abstract ii 誌 謝 iii 目 錄 v 圖索引 viii 表索引 xiii 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 內文編排方式 2 第二章 串聯諧振轉換器原理 3 2.1 硬式切換與柔性切換技術 3 2.1.1 硬式切換的定義 3 2.1.2 柔性切換的定義 4 2.2 理想R-L-C串聯諧振電路 4 2.3 半橋串聯諧振轉換器 7 2.3.1 SRC電路動作分析 11 2.3.2 LLC-SRC電路動作分析 25 2.3.3 SRC與LLC-SRC的特性比較 43 2.4 同步整流技術 45 2.4.1 同步整流技術之優點 45 2.4.2 同步整流技術之信號控制 46 第三章 諧振槽參數分析 49 3.1 諧振槽轉移函數分析 49 3.2 品質因數Q對轉移函數的影響 51 3.3 電感比值K對轉移函數的影響 53 3.4 特性阻抗Z0對轉移函數的影響 54 3.5 諧振電感Lr對轉移函數的影響 55 3.6 變壓器圈數比n對轉移函數的影響 56 3.7 雜散電容CS對轉移函數的影響 57 第四章 半橋串聯諧振轉換器參數設計 61 4.1 電路參數制定 61 4.2 變壓器設計 61 4.2.1 變壓器圈數比n 61 4.2.2 變壓器鐵心選擇 62 4.2.3 變壓器圈數計算 63 4.3 諧振槽設計 64 4.3.1 諧振電感Lr 64 4.3.2 特性阻抗Z0和品質因數Q 65 4.3.3 激磁電感Lm和電感比值K 66 4.4 功率開關與輸出電容設計 67 4.4.1 一次側上下橋開關 67 4.4.2 二次側同步整流開關 67 4.4.3 輸出電容 68 第五章 軟體規劃與週邊電路 69 5.1 整體電路動作原理 69 5.2 輸出電壓取樣電路 70 5.3 數位PI控制器簡介 71 5.4 開關控制信號的設定 73 5.4.1 ePWM模組介紹 73 5.4.2 控制信號的設定 74 5.5 軟體流程規劃 78 5.6 閘極驅動電路 80 5.6.1 驅動隔離IC介紹 80 5.6.2 靴帶電路介紹 80 第六章 實驗量測數據與結果 83 6.1 電路規格 83 6.2 實驗波形 83 6.3 實驗數據 94 6.4 電路實體照片 96 第七章 結論與未來展望 97 7.1 結論 97 7.2 未來展望 98 參考文獻 99

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無法下載圖示 全文公開日期 2017/08/06 (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)
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