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研究生： 柯育寬
Yu-kuan Ke
論文名稱： 全橋相移式串聯諧振直流/直流轉換器之控制IC
A Control IC for Full-Bridge Phase-Shifted Series-Resonant DC-DC Converters
指導教授： 羅有綱
Yu-Kang Lo
邱煌仁
Huang-Jen Chiu
口試委員: 王見銘
Chien-Ming Wang
劉邦榮
Pang-Jung 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： 2010
畢業學年度： 98
語文別： 中文
論文頁數： 77
中文關鍵詞： 串聯諧振轉換器 、全橋相移轉換器 、零電壓切換技術
外文關鍵詞： Series Resonant Converter, Phase-Shifted Full-Bridge Converter, Zero Voltage Switching
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    • 本論文的主旨在於研製全橋串聯諧振直流/直流轉換器之電源控制IC，所提出的控制策略綜合了全橋串聯諧振轉換器及全橋相移器的特色。在重載的條件下，串聯諧振轉換器由於零電壓切換的功能擁有高效率特性，在輕載條件下用相移操作來提高效率。外部電路加入回授電路中產生閘極控制信號。在重載條件下可調節開關頻率，而在輕載條件之下調節相移。在兩操作模式中間的過渡期，採用一個遲滯的機制，以避免不穩定的問題。
    所設計的控制IC模擬分析結果，驗證了是可經過製程和溫度變異。外部元件的開關頻率從 20 kHz至300 kHz為可調節。芯片面積 2.14平方毫米，小巧的尺寸非常適合高功率密度應用。

    This thesis focuses on the design of a power control IC for the full-bridge series resonant DC / DC converters. The proposed control strategy combines the characteristics of the full-bridge series resonant converter and full-bridge phase-shifted converter. At heavy load condition, high efficiency performance can be achieved by the studied series resonant converter with zero-voltage-switching features. The phase-shifted operation is used to improve the efficiency performance at light load condition. An external circuit is added into the feedback loop for generating the gating signals. The switching frequency can be modulated at heavy load condition while the phase-shifted gating signals are regulated at light load condition. During the transition between two operating modes, a hysteretic mechanism is adopted to avoid the unstable issue.
    The simulation analysis of the designed control IC is verified for process and temperature variations. The switching frequency can be adjusted from 20 kHz to 300 kHz by an external component. The chip area is 2.14 mm2. The compact size is very suitable for high power density applications.

    摘　要 i Abstract ii 誌　謝 iii 目　錄 iv 圖表索引 vi 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機 2 1.3 章節介紹 3 第二章 串聯諧振轉換器架構與相關原理 4 2.1 串聯諧振式轉換器原理與簡介 4 2.2 理想R-L-C串聯電路的頻率響應 4 2.3 SRC串聯諧振轉換器 6 2.4 SRC-LLC串聯諧振轉換器 8 第三章 全橋串聯諧振轉換器 12 3.1 重載主架構動作狀態分析 12 3.1.1 第一能量傳送區間： 14 3.1.2 第一諧振區間： 16 3.1.3 換向區間： 17 3.1.4 第二能量傳送區間： 19 3.1.5 第二諧振區間： 20 3.1.6 第二換向區間： 22 第四章 全橋相移式零電壓切換原理 24 4.1 前言 24 4.2 主電路介紹 24 4.3 轉換區間狀態說明 26 4.3.1 能量傳送區間： 26 4.3.2 第一諧振區間： 28 4.3.3 線性放電區間： 29 4.3.4 第二諧振區間： 31 4.3.5 轉向區間： 33 4.4 開關切換控制 35 第五章 功率IC系統內部功能介紹 36 5.1 整體電路圖 37 5.2 迴授放大器 39 5.3 頻率調變器、方波與位移產生器 39 5.4 方波產生器與位移產生器 40 5.5 雙模式狀態轉換遲滯電路 42 5.6 deadtime電路 43 5.7 系統內部功能介紹 44 5.7.1 偏壓產生電路 44 5.7.2 比較器 47 5.7.3 誤差放大器 49 5.7.4 壓控延遲級 50 5.8 模擬結果 51 5.8.1 整體電路模擬之Pre-Simulation 53 5.8.2 整體電路模擬之Post-Simulation 55 5.8.3 溫度變異之下的前模擬與後模擬 57 5.8.4 電壓變異下的前模擬與後模擬 58 5.8.5 deadtime電路 59 5.9 佈局平面圖 60 5.10 測試考量 62 第六章 總結與未來展望 63 6.1 總結 63 6.2 未來研究方向 63 第七章 參考文獻 65

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