簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 張又中
Yu-Chung Chang
論文名稱: 具高效率與優異維持時間特性全橋相移式零電壓切換轉換器之研製
Design and Implementation of a Full-Bridge Phase-Shift Zero-Voltage-Switching Converter with High Efficiency and Superior Hold-up Time Features
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
林長華
Chang-Hua 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: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 196
中文關鍵詞: 全橋相移式轉換器零電壓切換主動式功率因數修正器效率輸出電壓維持時間
外文關鍵詞: Full-Bridge Phase-Shift Converter, Zero-Voltage-Switching, Active Power Factor Correction, Efficiency, Hold-up Time
相關次數: 點閱:349下載:14
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
  • 由於傳統交換式電源之開關採用硬式切換,結果即產生嚴重的電磁干擾與效率低等問題。而全橋相移式轉換器具有零電壓切換功能,可以有效的降低切換損失和高頻雜訊所造成的干擾。進而可提高操作頻率、降低磁性元件的體積和提升轉換器的效率。
    本論文主旨為研究全橋相移式零電壓切換轉換器具有優異維持時間特性。本論文中將詳細介紹在各模式下之電路狀態,且分析每個動作區間的等效電路。其次實現並測試兩台1kW全範圍整機全橋相移式零電壓切換轉換器,並詳細說明其設計步驟。由雛型電路的實驗測量結果,驗證本論文所提之延長輸出電壓維持時間目的的可行性。


    The conventional switching power supplies have serious electromagnetic interference (EMI) problem and poor efficiency performance due to their hard-switching operation. A full-bridge phase-shift (FBPS) converter with zero-voltage-switching (ZVS) features can reduce the switching losses and high frequency noises. Thus, the conversion efficiency can be effectively improved and the switching frequency can be raised to reduce the size of magnetic components.
    This thesis aims to study a zero-voltage-switching full-bridge phase-shift (FBPS) converter with superior hold-up time features. Operating principles and design considerations for the studied full-bridge phase-shift converter are analyzed and discussed. The experimental results for two 1kW laboratory prototypes are shown to verify the feasibility of proposed scheme.

    目錄 摘要 i Abstract ii 誌謝 iii 目錄 iv 圖索引 viii 表索引 xv 第一章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 研究目的 3 1-3 電路整體架構 6 1-4 加入自製變頻機制電路整體架構 7 1-5 章節介紹 8 第二章 主動式功率因數修正器之原理與架構 9 2-1 功率因數之定義 9 2-2 功率因數修正器之種類 16 2-2-1 被動式功率因數修正器之架構簡介 16 2-2-2 主動式功率因數修正器之架構簡介 18 2-3 功率因數修正器之操作模式 22 2-4 功率因數修正器之控制模式 23 2-4-1 電壓隨耦控制法 24 2-4-2 磁滯電流控制法 24 2-4-3 峰值電流控制法 26 2-4-4 平均電流控制法 28 第三章 全橋相移式零電壓切換轉換器分析與原理 31 3-1 全橋相移式零電壓切換轉換器主架構介紹 31 3-2 全橋相移式零電壓切換轉換器之變壓器二次測整流電路 33 3-3 全橋相移式零電壓切換轉換器控制電路介紹 36 3-4 主電路區間動作原理 38 3-4-1 能量傳送區間:(t0~t1) 39 3-4-2 第一諧振區間:(t1~t2) 40 3-4-3 線性放電區間:(t2~t3) 42 3-4-4 第二諧振區間:(t3~t4) 43 3-4-5 換流區間:(t4~t5) 45 3-5 臨界切換電流的計算 47 3-5-1 初級側電流與滿載和臨界負載的關係 47 3-5-2 諧振電感上的殘餘電流與ZVS的關係 48 3-6 有效責任週期分析 49 3-7 零電壓切換條件分析 50 第四章 全橋相移式零電壓切換轉換器之頻率與電壓增益分析 53 4-1 中心抽頭整流電路之電壓增益分析 53 4-2 R-L-C諧振電路之電壓增益分析 61 4-3 全橋相移式零電壓切換轉換器之頻率與電壓增益模擬與分析 65 第五章 全橋相移式零電壓切換轉換器之設計與實作 70 5-1 制訂電路規格 71 5-2 全橋相移式零電壓切換轉換器設計 73 5-2-1 控制IC UC3879介紹 74 5-3 全橋相移式零電壓切換轉換器之功率級元件設計 76 5-4 全橋相移式零電壓切換轉換器之控制級元件設計 86 5-5 加入自製變頻機制之功率級元件設計 88 5-6 加入自製變頻機制之控制級元件設計 99 5-7 自製變頻電路設計 100 第六章 主動式功率因數修正器之設計與實作 102 6-1 主動式功率因數修正器元件設計考量 102 6-2 控制IC UCC28019A參數設計 117 第七章 實驗結果與討論分析 121 7-1 全機電路規格121 7-2 主動式功率因數修正器實測波形 122 7-3 全橋相移式零電壓切換轉換器實測波形 131 7-4 加入自製變頻機制實測波形 139 7-5 電路效率量測 149 7-6 損耗分析 156 7-6-1 功率開關損耗 156 7-6-2 整流二極體損耗 157 7-6-3 變壓器損耗 158 7-6-4 諧振電感損耗 162 7-6-5 阻隔電容損耗 164 7-6-6 輸出濾波電感損耗 165 7-6-7 輸出濾波電容損耗 165 7-6-8 電路總損耗 165 7-6-9 量測滿載損耗與計算滿載損耗及效率之比較 165 第八章 結論與未來展望 169 8-1 結論 169 8-2 未來研究方向建議 170 參考文獻 172

    [1] 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。
    [2] 鄭振東,「新型柔性切換式電源技術入門」,全華科技圖書股份有限公司,民國92年。
    [3] S. Kim and P. N. Enjeti, “A Modular Single-Phase Power Factor Correction Scheme With a Harmonic Filtering Function,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 50, No. 2, pp.328-335,April. 2003.
    [4] Z.Chen, “Active Boost Power Factor Analysis and Design” IBM Corporation, April 20, 1989.
    [5] M. F. Schlecht and B. A. Miwa, “Active Power Factor Correction for Switching Power Supplies”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.1. PE-2, No.4,October 1987.
    [6] J. H. Kim, D. Y. Lee, H. S. Choi and B. H. Cho, “High Performance Boost PFP (Power Factor Pre- regulator) with an Improved ZVT (Zero Voltage Transition) Converter, ”Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2001. APEC 2001.Sixteenth Annual IEEEVol. 1, pp. 337–342, March 2001.
    [7] C. M. Wang, “A New Family of Zero-Current-Switching (ZCS) PWM Converter,” IEEE Transactions on Industrial Electronics,Vol. 52, pp. 1117-1125, 2005.
    [8] 陳冠廷,「具功率因數修正器關閉功能之雙模式返馳式轉換器研製」,國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文,民國99。
    [9] 洪賢峰,「伺服器並聯電源供應器模組之研製」,國立台灣科 技大學電子工程系研究所碩士論文,民國97年。
    [10] 林景源,「適用於大範圍負載變化之電源供應器研製」,國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文,民國92年。
    [11] 謝明琮,「適合全範圍操作之全橋相移式串聯諧振直流/直流轉換器研製」,國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文, 民國96年。
    [12] 簡銘德,「700W備援式伺服系統電源供應器之研製」,國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文,民國98年。
    [13] 林正宏,「1kW全橋相移式升壓型零電壓切換轉換器之研製」,國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文,民國99年
    [14] G. C. Hsieh, J. C. Li, and M. H. Liaw, “A Study On Full-Bridge Zero-Voltage-Switched PWM Converter: Design and Experimentation,” in Proc. IEEE IECON, 1993, pp. 1281-1285.
    [15] Texas Instruments, “UCC28019A 8-Pin Continuous Conduction Mode(CCM) PFC Controller” Data Sheet, 2008-2009.
    [16] Texas Instruments, “UC3879 Phase-Shift Resonant Controller”, Data Sheet , 1999.
    [17] C. A. Canesin, and I. Barbi, “Analysis and Design of Constant-Frequency Peak-Current-Controlled High-Power-Facto Boost Rectifier with Slope Compensation” APEC '96.,Vol. 2, pp.807-813, March 1996.
    [18] M. K. Kazimierczuk, and D. Czarkowski, “Resonant Power Converter”, John Wiley &Sons, 1995.
    [19] Application Note U-154, “The New U3879 Phase-Shifted PWM Controller Simplifies the Design of ZeroVoltageTransition Full-Bridge Converters” by Laszio Balogh.
    [20] Abraham , I. Pressman,“Switching Power Supply Design”, McGrawHill, 2005.
    [21] L.Balogh, “The New UC3879 Phase-Shifted PWM Controller Simplifiers The Design of Zero Voltage Transition Full-Bridge Converters”, Unitrode Inc. Product & Applications Handbook, pp.4-480~4-487, 1997.
    [22] Texas Instruments, “UCC28019A 8-Pin Continuous Conduction Mode(CCM) PFC Controller” Data Sheet, 2008-2009.
    [23] S. S. Ang, “Power-Switching Converters,” Second Edition, Marcel Dekker, Inc. 2005.
    [24] N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robbins, “PowerElectronics:Converters, Applications and Design,” Third Edition, John Wiley&Sons, 2003.
    [25] EPARC,電力電子學綜論,全華科技圖書股份有限公司,2006 年。
    [26] 梁適安,「交換式電源供應器之理論與實務設計」,全華科技圖書出版,民國93年。
    [27] D. C. Chryssis原著,梁適安譯,「高頻交換式電源供應器」,全華科技圖書,1995年。
    [28] Raymond A. Mack, Jr.原著,梁適安譯,「高頻交換式電源供應器」,全華科技圖書,1995年。
    [29] 江炫樟譯,電力電子學,全華科技圖書股份有限公司,2004年。
    [30] 陳宗正,「具優異維持時間特性非對半橋轉換器之研製」,國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文,民國99年。
    [31] 鍾鎮龍,「雙變壓器雙諧振槽半橋串聯諧振轉換器研製」,國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文,民國99年。
    [32] 黃健淳, 「250W局部零電壓切換準諧振升壓型功率因數修正器之研製」,國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文,民國98年。
    [33] R. Redl, L. Balogh and D. W. Edwards, “Optimum ZVSFull-Bridge DC/DC Converter with PWM Phase-Shift Control:Analysis, Design Considerations, and Experimental Results,”in Proc. IEEE APEC, 1994, pp. 159-165.
    [34] Application Note U-136, “Phase Shifted Zero Voltage Transition Design Considerations and the UC3875 PWM Controller” by Bill Andreycak.

    無法下載圖示 全文公開日期 2016/07/18 (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