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研究生: 林彥任
Yen-Jen Lin
論文名稱: 數位電流控制模式返馳式轉換器之研製
Design and Implementation of a Digital Current-Mode Controlled Flyback Converter
指導教授: 劉益華
Yi-Hwa Liu
口試委員: 羅有綱
Yu-Kang Lo
王順忠
Shun-Chung Wang
郭見隆
Jian-Long Kuo
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 65
中文關鍵詞: 返馳式轉換器電流模式控制數位控制
外文關鍵詞: flyback converter, current mode control, digital control.
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返馳式轉換器是最常應用於低輸出功率的交換式電源(SMPS)電路。對於返馳式轉換器而言,電壓控制模式與電流控制模式方案都可以應用。然而,電流控制模式擁有較多的優勢,如較好的輸入電壓調節率、簡單的補償器設計,良好的輸出動態響應,和內迴路的逐週期電流限制。另一方面,數位化控制的交換式電源具有的優勢,包括零件成本的降低、靈活的設計,更可免除因環境條件變化造成零件變異的影響。因此,發展數位電流控制模式技術的返馳式轉換器是不可或缺的。在數位硬體架構上要實現電流控制模式,主要的困難點在於轉換器的開關頻率相當快速。因此,它可能在快速變化的電感電流中,每一週期只能取樣一次信號。否則,它需要一個非常快速的類比數位轉換器和過於複雜的數位信號處理程序。
本論文探討數位式電流模式控制的返馳式轉換器。首先,使用UC3844 PWM控制IC實現類比電流模式控制的返馳式轉換器電源電路。接著,使用相同的電源電路架構,改以數位電流控制模式,採用 Microchip開發的dsPIC33FJ16GS502數位信號控制器(DSC)為核心。最後,由這兩個返馳式轉換器的實驗結果驗證所提出數位控制演算法的正確性,並根據實驗結果顯示類比與數位控制方式皆可以實現效率高於 84%之返馳式轉換器。


Flyback converter is the most commonly used switched mode power supply (SMPS) circuit for low output power applications. For flyback converter, both voltage mode control and current mode control scheme can be applied. However, current mode control scheme boasts the advantages such as superb line regulation, simple compensation design, robustness to large load variations, and inherent cycle-by-cycle current limiting. On the other hand, digital control of SMPS has the advantages including components cost reduction and more flexible design. It is also immune to component changes that may arise due to changes in the ambient conditions. Therefore, developing a digital current-mode control technique for flyback converter becomes essential. The main difficulty in implementation of current-mode control in digital hardware lies in the fact that the switching frequency of the converter is fast. As a result it may only be possible to sample the fast changing inductor current only once in a switching period. Otherwise it would require a very fast ADC and excessively complex digital signal processing.
In this thesis, the digital control technology for a current mode flyback converter is investigated. Firstly, an analog current mode flyback converter is built using the UC3844 PWM control ICs. Next, using the same power stage, a digital current mode control scheme using the Microchip dsPIC33FJ16GS502 digital signal controller (DSC) is developed. Finally, experimental results of these two flyback converters will be provided to validate the correctness of the proposed digital control algorithm. According to the experimental results, both the presented flyback converter can achieve efficiency higher than 84 %.

摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 數位電源特色 2 1.3 文獻回顧 3 1.4 章節大綱 4 第二章 返馳式轉換器原理與設計 5 2.1 返馳式轉換器基本電路與動作 5 2.2 返馳式轉換器導通模式分析 9 2.2.1 返馳式轉換器邊界模式條件分析 9 2.2.2 返馳式轉換器連續導通模式分析 11 2.2.3 返馳式轉換器不連續導通模式之穩態分析 12 2.2.4 返馳式轉換器連續導通與不連續導通優缺點分析 14 2.3 返馳式轉換器氣隙與磁滯曲線關係分析 16 2.4 返馳式轉換器電流模式控制分析 17 2.5 緩衝電路(SNUBBER CIRCUIT) 18 第三章 返馳式轉換器實務設計 21 3.1 返馳式轉換器規格設計定義 21 3.2 UC3844 IC介紹 22 3.3 返馳式高頻功率變壓器設計 23 3.4 返馳式功率開關設計 28 3.5 補償器設計 29 3.6 輸出二極體設計 31 3.7 輸出電容設計 31 第四章 數位化電流模式控制 33 4.1 dsPIC33FJ16GS502簡介 34 4.2程式設計流程介紹 36 4.3數位濾波器 36 4.3.1 數位濾波器簡介 38 4.3.2 有限脈衝響應濾波器設計 39 4.3.3 FIR數位濾波器演算法 40 4.3.4 FIR數位濾波器驗證 42 4.4 數位PID控制器 44 4.4.1 PID控制器原理 44 4.4.2 數位PID控制器流程 46 4.4.3 內建類比比較器 48 第五章 實驗結果與討論 50 5.1 輸入電壓與導通模式關係 51 5.2 輸出負載與導通模式關係 52 5.3 次級側相關電壓電流波形 53 5.4 輸出電壓漣波與雜訊 54 5.5 類比返馳式轉換器實驗數據 56 5.6 數位返馳式轉換器實驗數據 58 第六章 結論與未來展望 60 6.1 結論 60 6.2 未來研究方向 61 參考文獻 62

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無法下載圖示 全文公開日期 2016/07/19 (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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