臺灣博碩士論文加值系統

本論文提出一個10:1寬範圍輸入電壓三階相移轉換器之新型電路架構，此轉換器主要優勢為應用於寬輸入電壓及高輸出電流之直流轉換器應用場合，所提轉換器使用三階相移轉換器為基礎，在輕載至滿載情況下超前臂開關可以實現零電壓切換(Zero Voltage Switching, ZVS)。為了解決傳統三階相移轉換器窄範圍輸入電壓，論文提出新型三階轉換器，一次側電路為傳統三階架構，採用輸入端串聯兩組電容平均分配輸入電壓，並透過飛輪電容及箝位二極體將功率開關箝位於輸入電壓的一半，減低功率開關電壓應力，來達到輸入高壓的特點。此外在高輸出電流情況下，二次側使用三組中抽電路串聯，運用中抽電路分流特性，減少二極體電流應力，三組中抽電路各串聯一個交流開關可分為三個模式，利用偵測輸入電壓切換模式，藉此達到寬輸入電壓。輸出端共用一個濾波電感，降低輸出電流漣波，減少磁性元件數量。
最後分析10:1寬輸入電壓範圍三階相移轉換器之電路動作原理，依照所提轉換器之電器規格進行元件設計，透過模擬軟體PSIM將電器規格及元件設計值代入模擬，模擬之數值和波形將與實作結果進行驗證比對，實作之電器規格輸入電壓為80~800V，輸出電壓為12V，輸出電流為25A，額定瓦數300W，經由實作量測結果，驗證此架構之可行性。






關鍵字：三階相移轉換器、交流開關、零電壓切換

This thesis proposes a three-level phase-shift pulse-width modulation (PWM) converter with 10:1 wide input voltage range. The main advantages of the proposed converter are wide input voltage operation and high output current capability for DC/DC converters. Based on the phase-shift PWM control approach, the leading-leg switches of three-level converter can achieve zero voltage switching (ZVS) from low load to full load. In order to solve the narrow range of input voltage opration on conventional three-level converters, a new three-level converter is proposed in this paper. Two dc split capacitors and one flying capacitor are used on the primary-side to limit the voltage stress of each power switch at one-half of input voltage. Three sets of center-tapped rectifier and three AC switches are used on the secondary-side to realize the wide input voltage operation and regulate load voltage at the desired voltage value.
The circuit operation principle of the proposed converter with wide input voltage operation is discussed and analyzed. The design procedure of circuit components is provided based on the input and output electrical specifications. The electric specificatious of the studied circuit are Vin=80V ~ 800V, Vo=12V, Io=25A and Po=300W. Finally, experiments are provided to verify the feasibility of the proposed converter.






Keywords: three−level phase-shift PWM converter, AC switch, zero voltage switching

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
符號說明 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究內容 3
1.3 論文大綱 4
第二章 三階相移電路 5
2.1 全橋相移轉換器 5
2.2 三階相移轉換器 7
2.2.1 三階相移轉換器工作模式 8
2.2.2 工作模式一 (t0 ~ t1) 9
2.2.3 工作模式二 (t1 ~ t2) 9
2.2.4 工作模式三 (t2 ~ t3) 10
2.2.5 工作模式四 (t3 ~ t4) 10
2.2.6 工作模式五 (t4 ~ t5) 11
2.2.7 工作模式六 (t5 ~ t6) 11
第三章 10:1寬範圍輸入電壓三階相移轉換器 12
3.1 電路架構及工作原理 12
3.2 電路工作模式分析 15
3.2.1 工作模式一 (t1 ~ t2) 17
3.2.2 工作模式二 (t2 ~ t3) 19
3.2.3 工作模式三 (t3 ~ t4) 21
3.2.4 工作模式四 (t4 ~ t5) 23
3.2.5 工作模式五 (t5 ~ t6) 25
第四章 電路元件設計及分析 27
4.1 元件設計 27
4.1.1 變壓器設計與考量 27
4.1.2 輸出濾波電感設計 32
4.1.3 諧振電感設計 33
4.1.4 功率開關設計 34
4.1.5 輸出整流二極體設計 36
4.1.6 輸出濾波電容設計 38
4.1.7 控制電路設計 38
4.2 損耗分析與效率預估 40
4.2.1 功率開關損耗 40
4.2.2 變壓器損耗 41
4.2.3 輸出濾波電感損耗 42
4.2.4 輸出整流二極體損耗 44
4.2.5 滿載效率預估 44
第五章 模擬與實驗結果 45
5.1 電路實作規格 45
5.2 電路模擬及波形量測 46
5.3 電路實作及波形量測 63
第六章 結論與未來展望 75
6.1 結論 75
6.2 未來展望 75
參考文獻 77

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