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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:謝孟倫
研究生(外文):Meng-Lun Hsieh
論文名稱:變頻式LLC半橋諧振無線充電轉換器研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of Variable Frequency LLC Half-Bridge Resonant Wireless Charging Converter
指導教授:蘇武昌
指導教授(外文):Wu-Chung Su
口試委員:莊家峰呂奇璜
口試委員(外文):Chia-Feng JuangChi-Huang Lu
口試日期:2019-07-26
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:電機工程學系所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:55
中文關鍵詞:LLC諧振轉換器無線充電零電壓切換半橋諧振控制
外文關鍵詞:LLC resonant converterWireless chargingZero voltage switchingHalf bridge resonance control
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本論文首先介紹最常見之四種諧振電路,分析個別之優缺點並且說明為何選擇LLC諧振電路作為本論文之主要架構,接著詳細介紹LLC半橋諧振轉換器之作動原理及控制訊號之切換步驟。
論文主旨在於利用無線充電技術取代傳統變壓器設計理念,將傳統變頻式LLC諧振轉換器之主要變壓器改為感應式線圈,並利用其漏電感作為磁化電感參與諧振並節省電路空間,回授電路架構選擇使用TL431作為穩壓電路,在可接受之變動負載內達到穩定輸出電壓功能,接著搭配UCC25600半橋諧振控制器,控制閘級輸入訊號之切換頻率範圍及死區時間,並預測開關元件之旁側電壓值,使半橋諧振開關達到零電壓切換之條件,有效降低切換損耗。
The objective of this thesis is to use the LLC half-bridge resonant converter to replace the traditional transformer for wireless chargers. We change the main transformer of the traditional variable frequency LLC resonant converter to an inductive coil. The leakage inductance is used to participate in resonance as a magnetizing inductance so as to save circuit space. The feedback circuit architecture first uses the TL431 as a voltage regulator circuit to achieve a stable output voltage function within an acceptable variable load. The UCC25600 half-bridge resonant controller is employed to control the switching frequency range and dead time of the gate input signal. Prediction of the voltage value on the side of the switching element allows the half-bridge resonant switch to reach zero voltage switching conditions so that reduction of switching losses is achieved.
目錄
誌謝 i
中文摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 3
1.3 論文大綱 4
第二章 諧振轉換器之原理與結構 5
2.1 諧振轉換器 5
2.2 半橋式及全橋式變流器 5
2.2.1半橋式變流器 5
2.2.2全橋式變流器 6
2.3 諧振電路 7
2.3.1串聯諧振電路 8
2.3.2並聯諧振電路 11
2.3.3串並聯諧振電路 14
2.3.4 LLC諧振電路 16
第三章 LLC半橋諧振轉換器系統分析 20
3.1 電路架構 20
3.2 基本動作原理 22
3.3 K值與Q值之影響與選擇 25
3.3.1 K值之影響與選擇 25
3.3.2 Q值之影響與選擇 26
第四章 模擬電路及硬體電路之實驗討論 27
4.1 模擬電路元件設計 28
4.1.1 半橋開關元件選擇 28
4.1.2 諧振槽設計 29
4.1.3 主要變壓器設計 30
4.1.4 回授穩壓網路設計 31
4.1.5 諧振頻率控制器介紹 32
4.2 模擬電路輸出結果分析 34
4.2.1 死區時間調整 34
4.2.2 負載電阻調整 34
4.3 硬體電路輸出結果分析 44
4.3.1 死區時間為120ns之結果 44
4.3.2 死區時間為240ns之結果 45
4.3.3 死區時間為440ns之結果 47
4.3.4 死區時間為950ns之結果 48
第五章 結論與未來展望 51
5.1 結論 51
5.2 未來展望 51
參考文獻 52


圖目錄
圖2.1半橋式變流器之電路圖 5
圖2.2半橋式變流器之導通訊號及輸出電壓波形圖 6
圖2.3全橋式變流器之電路圖 6
圖2.4全橋式變流器之導通訊號及輸出電壓波形圖 7
圖2.5串聯諧振電路之簡化圖 8
圖2.6串聯諧振電路電壓增益與頻率之特性曲線圖 9
圖2.7並聯諧振電路之簡化圖 11
圖2.8並聯諧振電路電壓增益與頻率之特性曲線圖 12
圖2.9串並聯諧振電路之簡化圖 14
圖2.10串並聯諧振電路電壓增益與頻率之特性曲線圖 16
圖2.11 LLC諧振電路之簡化圖 17
圖2.12 LLC諧振電路電壓增益與頻率之特性曲線圖 18
圖3.1 LLC半橋諧振電路圖 20
圖3.2 LLC半橋諧振轉換器之主要波形圖 21
圖3.3 LLC半橋轉換器第一階段之電流路徑圖 23
圖3.4 LLC半橋轉換器第二階段之電流路徑圖 24
圖3.5 LLC半橋轉換器第三階段之電流路徑圖 24
圖3.6 LLC半橋轉換器第四階段之電流路徑圖 25
圖4.1模擬電路之完整架構圖 27
圖4.2 IRFP460功率開關圖 29
圖4.3諧振槽電路圖(PSpice) 30
圖4.4主要變壓器電路圖(PSpice) 30
圖4.5回授穩壓網路電路圖(PSpice) 31
圖4.6 UCC25600半橋諧振控制IC之內部方塊圖 32
圖4.7 UCC25600半橋諧振控制IC之腳位圖 33
圖4.8控制訊號及開關元件旁側電壓圖(Dead Time=120ns) 35
圖4.9諧振槽之電壓突波及控制訊號圖(Dead Time=120ns) 36
圖4.10控制訊號及開關元件旁側電壓圖(Dead Time=240ns) 37
圖4.11諧振槽之電壓突波及控制訊號圖(Dead Time=240ns) 38
圖4.12控制訊號及開關元件旁側電壓圖(Dead Time=440ns) 39
圖4.13諧振槽之電壓突波及控制訊號圖(Dead Time=440ns) 40
圖4.14輸出電壓及輸出電流圖(R_L=60Ω) 41
圖4.15輸出電壓及輸出電流圖(R_L=72Ω) 42
圖4.16輸出電壓及輸出電流圖(R_L=84Ω) 43
圖4.17(a)死區時間為120ns圖 44
圖4.17(b)放大檢視死區時間為120ns圖 44
圖4.18(a)預測控制訊號及開關元件之旁側電壓比較圖 44
圖4.18(b)預測控制訊號及開關元件之旁側電壓比較圖 44
圖4.19(a)主要變壓器之轉換效率圖 45
圖4.19(b)二次側負載之輸出電壓圖 45
圖4.20(a)死區時間為240ns圖 45
圖4.20(b)放大檢視死區時間為240ns圖 45
圖4.21(a)預測控制訊號及開關元件之旁側電壓比較圖 46
圖4.21(b)預測控制訊號及開關元件之旁側電壓比較圖 46
圖4.22(a)主要變壓器之轉換效率圖 46
圖4.22(b)二次側負載之輸出電壓圖 46
圖4.23(a)死區時間為440ns圖 47
圖4.23(b)放大檢視死區時間為440ns圖 47
圖4.24(a)預測控制訊號及開關元件之旁側電壓比較圖 47
圖4.24(b)預測控制訊號及開關元件之旁側電壓比較圖 47
圖4.25(a)主要變壓器之轉換效率圖 48
圖4.25(b)二次側負載之輸出電壓圖 48
圖4.26(a)死區時間為950ns圖 48
圖4.26(b)放大檢視死區時間為950ns圖 48
圖4.27(a)預測控制訊號及開關元件之旁側電壓比較圖 49
圖4.27(b)預測控制訊號及開關元件之旁側電壓比較圖 49
圖4.28(a)主要變壓器之轉換效率圖 49
圖4.28(b)二次側負載之輸出電壓圖 49
圖4.29硬體電路整體架構圖 50


表目錄
表1.1線性式電源供應器與切換式電源供應器之比較表 2
表4.1系統規格表 27
表4.2 UCC25600半橋諧振控制IC各腳位功能描述表 33
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[30]https://reurl.cc/NexD9.
[31]https://reurl.cc/OWmgy.
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