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研究生: 黃卓文
Cho-Wen Huang
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策略研究
Study on the Asymmetric One-Sided Duty Cycle Modulation Strategy for Half-Bridge Series Resonant Converters Operating at Light Loads
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
歐勝源
Sheng-yuan Ou
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: 104
中文關鍵詞: 穩壓器主動式功率因數修正器半橋式串聯諧振轉換器零電壓切換技術. 同步整流技術
外文關鍵詞: Adaptor, active power factor correction circuit, half-bridge series resonant converter, zero–voltage switching, synchronous rectification
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  • 一般的串聯諧振轉換器(Series Resonant Converter, SRC)在輕載操作時,諧振電流不夠大造成開關無法零電壓導通,本論文提出一種半橋SRC電路操作在輕載時其中一個開關也能零電壓導通的控制策略。整體電路架構中,前級為主動式功率因數修正器,後級為半橋式串聯諧振轉換器,上下半橋開關由自製的控制板驅動,輕載時有一個開關可以達成零電壓導通減少切換損,二次側使用同步整流技術以MOSFET代替二極體,其優點為重載時可減少導通損。論文中將和市售的IC CM6900比較,以及闡述如何實現驅動波形。最後將實作一穩壓器(Adaptor),輸入電壓AC 115 ~ 230V、輸出電壓12V、輸出電流20A、功率開關切換頻率範圍為50 kHz ~ 150 kHz,實驗結果證明輕載時效率確實能夠提升,驗證了理論分析之正確性與可行性。


    This thesis is devoted to design an AC-to-DC adaptor for raising the conversion efficiency of a DC-to-DC series resonant converter (SRC) and decreasing the power loss at light-load condition. The front-end part of the adaptor is an active power factor correction circuit to improve the input power factor. The second stage is a half-bridge series resonant converter that utilizes zero–voltage switching and synchronous rectification to achieve high conversion efficiency. The low power consumption at the light-load condition is obtained by using the proposed asymmetric one-sided duty cycle modulation control method. One of the two power switches in the half-bridge SRC features the zero-voltage turn-on at light load. The comparisons will be made between the proposed controller and the commercial IC CM6900. Experimental results are recorded for a prototype converter with an AC input voltage rang from 115 to 230V, an output voltage of 12 V and an output current of 20 A, operating at switching frequency from 50 kHz to 150 kHz.

    摘 要 i Abstract ii 誌 謝 iii 目 錄 iv 符號索引 vi 圖索引 viii 表索引 xii 第一章 緒論 13 1.1 研究動機與目的 13 第二章 系統簡介與內容大綱 16 2.1 系統簡介 16 2.2 論文內容大綱 17 第三章 主動式功率因數修正器之架構與原理 18 3.1 功率因數定義 18 3.2 功率因數修正器之電路架構 24 3.3 功率因數修正器之控制模式 25 第四章 串聯諧振轉換器架構與相關原理 30 4.1 串聯諧振式轉換器原理與簡介 30 4.1.1 理想R-L-C串聯諧振電路的頻率響應 30 4.1.2 半橋串聯諧振轉換器簡介 32 4.1.3 SRC諧振模式 33 4.1.4 LLC諧振模式 36 4.2 半橋式串聯諧振轉換器之動作分析 37 4.3 自製控制板輕載操作時調制方法介紹 48 4.4 同步整流介紹 51 4.4.1 同步整流的優點 52 4.4.2 同步整流之控制訊號 53 第五章 自製控制器電路設計 56 5.1 自製控制器方塊圖 56 5.2 自製控制器之電路詳述 57 5.3 變頻回授補償器、責任週期回授補償器、責任週期決定器切換頻率範圍判斷與頻率調變器 62 第六章 穩壓器整機電路設計 65 6.1 功率因數修正器電路設計 65 6.1.1 控制IC NCP1654 65 6.1.3 功率因數修正器功率級元件設計 72 6.2 半橋串聯諧振轉換器電路設計 76 6.2.1 自製驅動電路 76 6.2.2 半橋串聯諧振轉換器電路規格 77 6.2.3 半橋串聯諧振轉換器功率級元件設計 77 第七章 實驗數據與實驗結果 84 7.1 穩壓器規格 84 7.2 自製控制器在SRC輕載時量測零電壓導通的結果 85 7.3 兩級個別量測之波形 88 7.4 兩級個別量測數據 94 7.5 全機量測數據 98 7.6 電路實體照片 99 第八章 結論與未來展望 100 8.1 結論 100 8.2 未來研究方向 100 參考文獻 101

    參考文獻
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