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研究生: 陳至峰
Zhi-Fong Chen
論文名稱: 半橋串聯諧振轉換器輕載非對稱單側責任週期調變控制IC
An Asymmetric One-Sided Duty Cycle Modulation Control IC for Half-Bridge Series Resonant Converters
指導教授: 羅有綱
Yu-Kang Lo
邱煌仁
Huang-Jen Chiu
口試委員: 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: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 64
中文關鍵詞: 半橋式串聯諧振轉換器零電壓切換技術台積電0.35μ CMOS製程
外文關鍵詞: Zero-voltage Turn-on Switching, Pulse-frequency Modulation, Pulse-width Modulation, TSMC 2P4M 0.35μm CMOS Process
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  • 一般的串聯諧振轉換器(Series Resonant Converter, SRC)在輕載條件下操作時,因為諧振電流不夠大造成開關無法零電壓導通,本論文實現一種半橋SRC電路操作在輕載時其中一顆開關能零電壓導通的控制策略,在輕載時效率確實能夠提升。電路操作主要分為兩種模式,第一種操作模式在一般負載情況下為變頻定責任週期,第二種操作模式在輕載情況下為非對稱縮減責任週期,無論負載如何變動均能穩定輸出電壓。本論文控制IC將和市售的IC CM6900比較其控制策略的優缺點,以及闡述如何實現驅動波形。此晶片IC採用台積電0.35μ CMOS製程,模擬結果分析製程變異和溫度變異驗證本功率IC的功能在不同的環境下可以正常工作,製程變異所造成的差異可由外部元件調整,開關切換頻率範圍為20 kHz ~ 300 kHz可依使用者設計的規格來調整。而所占用之晶片面積大小為0.7127 mm2,可以大大縮減電路的面積,非常適用在高轉換效率的轉換器的產品上,有助於大幅提升相關產品的競爭優勢。


    This thesis aims to design a control IC for realizing the zero-voltage turn-on switching of a half-bridge series resonant converter (SRC) circuit and raising the efficiency at light load. Under normal load conditions, the circuit is operated at pulse-frequency modulation (PFM). A pulse-width modulation (PWM) strategy with constant frequency operation is adopted at light load condition to regulate the output voltage. Some performance comparisons between the realized control IC and a commercial CM6900 IC are presented and discussed in details. The studied control IC is implemented by TSMC 2P4M 0.35μm CMOS process. The simulation results are shown to verify the feasibility of the realized control IC under different process and temperature variations. The wide varied-frequency range can be achieved from 20 kHz ~ 300 kHz. The chip size is only 0.7127 mm2.

    摘 要 i Abstract ii 誌 謝 iii 目 錄 iv 符號索引 vi 圖表索引 viii 第一章 緒論 11 1.1 研究動機與目的 11 1.2 內容大綱 15 第二章 串聯諧振轉換器架構與相關原理 16 2.1 串聯諧振式轉換器原理與簡介 16 2.1.1 理想R-L-C串聯諧振電路頻率響應 16 2.1.2 半橋串聯諧振轉換器簡介 18 2.1.3 SRC諧振模式 19 2.1.4 LLC諧振模式 22 2.2 半橋式串聯諧振轉換器之動作分析 23 第三章 功率IC系統內部功能介紹 34 3.1 架構簡介 34 3.2 偏壓產生電路 35 3.3 比較器電路 38 3.4 誤差放大器電路 40 3.5 變頻回授補償器、責任週期回授補償器和責任週期決定器 42 3.6 切換頻率範圍判斷、頻率調變器 43 3.7 空白時間產生器、責任週期控制器和緩衝器電路 45 3.8 晶片佈局平面圖 49 第四章 模擬結果 51 4.1 製程變異之模擬 51 4.2 溫度變異之模擬 55 4.3 量測之考量 58 第五章 結論與未來展望 61 5.1 結論 61 5.2 未來研究方向 61 參考文獻 62

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