臺灣博碩士論文加值系統

由於傳統式返馳式轉換器本性是一恆功率輸出，當輸出負載達到某一限電流點時，輸出電壓就會一直下降而輸出電流就會一直增加，直到電壓降到零時，電流就無限大而造成燒毀問題。
本文提出新型保護方法，係利用過載保護之觸發點是可變的參考準位，當正常時觸發點就固定一電壓準位，不正常時觸發準位就開始下降，使得功率晶體責任週期瞬間變小，以限制二次側輸出電流。
論文中，本文針對新型方法，進行動作原理分析及數學推導，再依據電氣規格與條件，設計元件值。確定元件值後，以Pspice模擬軟體與實作電路，驗證理論推導正確性。
本論文實作電氣之規格為：輸入電壓Vin=17V~34V、輸出電壓VO=5V、輸出功率PO=5W、切換頻率550 kHz、操作在DCM模式、過載保護點設計在1.28A。由實作結果可知，本文提出之新型過載保護方法，確實在寬輸入電壓範圍和輸出短路條件下，具有保護點之精準度達2%與降低輸入消耗功率達68%。

The traditional Flyback converter nature is a constant power output, If the output load reaches a limit point, the output voltage would descend and output current would ascend until the output voltage drop to zero, then the output current will be infinite that will cause burning problem.
The proposed technology is using variable level for the reference by means of the over-load trigger point. If the circuit is normal operating the trigger point would be fixed, but on the contrary the circuit is abnormal operating the trigger point would be descended by reducing duty cycle to limit the output current on secondary.
In this thesis, the operating principle and mathematical model aim at the novel methods. Then, the value of each component is well designed to satisfy the electrical specification. After determining the value component, the theoretical analysis is verified by Pspice simulations and the experimental results.
The experimental results reveal that when the input voltage Vin = 17 V~34 V, the output voltage VO = 5 V, the output power PO = 5 W, the switching frequency fsw 550 kHz, operating in DCM, and over load setting point at 1.28 A. the proposed novel over-load control methods can validate in a wide input voltage range and output short conditions, which also has good current accuracy about 2% and reduction power dissipation about 68%.

摘要 i
Abstract ii
謝誌 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x

第一章 緒論 1
1.1. 研究背景 1
1.2. 研究動機與目的 2
1.3. 文獻探討 2
1.4. 論文架構 3
第二章 返馳式電源轉換器介紹分析 5
2.1. 返馳式電源轉換器簡介 5
2.2. 返馳式轉換器操作原理與分析 10
2.2.1. 連續導通模式分析 11
2.2.2. 不連續模式分析 18
2.2.3. CCM與DCM邊界模式分析 25
第三章 傳統式控制方法之問題 28
3.1. 電流檢測 28
3.2. 寬輸入電壓造成過載保護之問題 30
3.3. 輸出短路之問題 33
3.4. 傳統式輸出電流過載保護方法 33
第四章 提出過載保護控制方法 36
4.1. 輸出電壓斜坡檢測方法分析 36
4.2. 電流檢測整形方法分析 43
第五章 實例設計 48
5.1. 實驗系統規格 48
5.2. 定量設計與電路實現 49
5.3. 測試平台 59
第六章 模擬與實驗結果 60
6.1. 模擬驗證 60
6.2. 輸入電壓變動實驗波形 64
6.3. 輸出過載實驗波形 68
6.4. 過載保護改善分析 74
第七章 結論與展望 83
7.1. 結論 83
7.2. 未來展望 86
參考文獻 87


圖目錄
圖 2.1 隔離式系統架構 7
圖2.2 返馳式轉換器電路架構 8
圖2.3 轉換器工作模式 (a)連續模式(CCM) (b)不連續模式(DCM) (c)邊緣模式 9
圖2.4 CCM操作模式下，導通時之等效電路 11
圖2.5 CCM操作模式下，截止時之等效電路 14
圖2.6 返馳式轉換器連續模式之各點電壓與電流波形 17
圖2.7 不連續導通模式下之等效電路(階段一) 19
圖2.8 不連續導通模式之等效電路(階段二) 20
圖2.9 不連續導通模式之等效電路(階段三) 21
圖2.10 不連續導通模式下之各點電壓與電流波形 24
圖2.11 返馳式轉換器操作於邊界模式之各點電壓與電流波形 26
圖2.12 恆功率輸入輸出電壓電流關係圖 (a)為輸出電壓與電流關係圖 (b)為
輸入電壓與電流關係圖 27
圖3.1 電流檢測方塊圖 29
圖3.2 緩啟動時序圖 30
圖3.3 峰值電流檢測與控制訊號延遲傳送圖 32
圖3.4 輸入電壓與峰值電流關係圖 32
圖3.5 輸出電流偵測以控制二次側功率晶體 34
圖3.6 輸出電流偵測以控制光耦合電流量 35
圖4.1 過載時減少輸入功率損耗概念圖 38
圖4.2 輸出電壓斜率檢測法注入過電流保護機制概念圖 41
圖4.3 檢測法注入FB回授點概念圖 42
圖4.4 預期傳統vs.新方法V-I曲線比較圖 43
圖4.5 電壓變化量概念圖 45
圖4.6 一次側VCS電壓整形示意圖 46
圖4.7 電流檢測整形方法電路架構圖 47
圖5.1 輸出電壓斜坡檢測方法電路架構圖 50
圖5.2 感應線圈結構圖 51
圖5.3 漏感產生突波電壓圖 52
圖5.4 漏感產生突波電壓展開圖 52
圖5.5 回授電壓處理器簡化圖 54
圖5.6 電流檢測整形方法之電路架構圖 55
圖5.7 電路零件所造成延遲時間波形圖 56
圖5.8 電路零件所造成延遲時間波形圖 57
圖5.9 整形電路簡化圖 57
圖5.10 本文所提過載保護控制方法全圖 58
圖5.11 返馳式轉換器實體照片(上視圖) 59
圖6.1 Pspice模擬驗證Vfault過載保護設定 62
圖6.2 Pspice模擬驗證在各輸入電壓範圍之注入Vcs偏壓值 63
圖6.3 傳統式在各種輸入電壓範圍之VCS波形圖 65
圖6.4 本文所提檢測法在各輸入電壓之VCS波形圖 67
圖6.5 本文所提檢測法之過載保護波形圖 69
圖6.6 本文所提檢測法輸出短路保護動作圖 71
圖6.7 加入本文所提檢測法波德圖 73
圖6.8 傳統式返馳式轉換器保護V-I曲線圖 (a) 輸入電壓17V (b)輸入電壓
28V (c)輸入電壓34V 76
圖6.9 新型式返馳式轉換器保護V-I曲線圖 (a)輸入電壓17V (b)輸入電壓28V (c)輸入電壓34V 78
圖6.10 過載保護點比較圖 79
圖6.11 輸出短路時輸入消耗功率比較圖 81
圖7.1 輸出取樣圖(正常/異常比較) 85


表目錄
表5.1 實驗系統主要電氣規格 48
表5.2 各輸入電壓造成不同的ΔIPX 57
表6.1 各元件參數值 60
表6.2 過載電流保護點之測試結果比較 79
表6.3 輸入消耗功率之測試結果比較 81

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