臺灣博碩士論文加值系統

本論文設計與實現一個採用柔性切換與低價PWM控制IC的高效率、低成本之低、中功率變頻轉換器。提出的變頻轉換器前級使用零電壓/零電流切換之LLC諧振全橋式PPM轉換器架構，而後級則採用單相全橋式變頻轉換器架構，將直流電壓源轉變為負載所需的交流電源，且電壓與電流皆近似於60 Hz的交流弦波。完成的變頻轉換器除了低諧波、低雜訊、高功率密度、高品質等基本需求外，電路設計皆加入成本考量，期以最低成本設計出符合需求之功能。經實驗證明，完成的變頻轉換器與市售的傳統式變頻轉換器比較下，不僅成本較低，整體的效率也大幅的提升。

This thesis intends to design and realize a high-efficiency, low-cost, low to medium power frequency inverter based on the soft switching technique with low-priced PWM control ICs. To transform DC voltages to AC voltages and currents with a 60-Hz sinusoidal-wave needed for the load, the front-end stage of the converter adopts the zero-voltage-switching/zero-current-switching LLC resonant full-bridge PPM converter architecture and the back-end stage uses the single-phase full-bridge frequency converter architecture. The converter is not only designed to satisfy the fundamental demands, including low harmonic, low noise, high power density, and high quality, but also targeted to reduce the cost. The resulting converter is proved to have lower cost and substantially improved efficiency than the traditional frequency converter available in the market.

摘　　要 i
ABSTRACT ii
致　謝 iii
目　錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章　緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 系統描述.. 2
1.3 論文內容概述 2
第二章 變頻電源轉換系統之基本理論 3
2.1 能源發電系統種類 3
2.2變頻發電系統分類 9
2.2.1獨立型變頻系統分析 9
2.2.2併網型變頻系統分析 10
2.2.3混合型變頻系統分析 12
2.3變頻系統的基本結構 13
2.3.1輸入電路 13
2.3.2輸出電路 13
2.3.3控制電路 13
2.3.4輔助電源 14
2.3.5保護電路 14
2.4 DC-DC轉換器之定義與條件 15
2.5 DC-AC變頻器 16
第三章 前級DC-DC全橋升壓型轉換器架構 18
3.1全橋升壓型主電路結構介紹 18
3.1.1 全橋電路工作原理分析 19
3.2全橋相移式零電壓切換升壓型工作原理 20
3.2.1硬式切換與柔性切換技術差異 20
3.2.2硬式切換之電壓及電流波形分析 22
3.2.3柔性切換之電壓及電流波形分析 24
3.2.4零電流切換(ZCS)與零電壓切換(ZVS)特性比較 24
3.3全橋相移式零電壓切換升壓型轉換器基本架構 25
3.3.1相移式波寬調變零電壓切換控制技術 26
3.3.2相移式零電壓切換轉換器控制電路 28
3.3.3零電壓切換之準諧振電路動作原理 29
3.4 DC-DC驅動電路設計與研製 33
3.4.1轉換器控制電路設計簡介 33
3.5供應系統元件之轉換器設計 40
第四章 相移式零電壓切換轉換器設計 47
4.1功率開關元件運用與設計 47
4.2規格參數之設計考量 48
4.3變壓器設計 49
4.4諧振電感與耦合電容設計 55
4.5輸出整流LC濾波電路設計 58
4.6輸出濾波電容設計 62
4.7箝位網路之設計 63
第五章　後級DC-AC全橋變頻電路原理與設計 66
5.1變頻器的基本架構和動作原理 66
5.2單相橋式變頻器 67
5.2.1雙電壓極性調變方法 69
5.2.2單電壓極性調變方法 70
5.3正弦脈寬調製技術理論與方法 72
5.3.1 正弦脈寛調變之基本原理 72
5.3.2正弦脈寬調變控制策略 72
5.3.3 正弦脈寬調變概念設計 74
5.4 變頻器驅動電路設計 77
5.4.1 正弦脈寬調變元件 77
5.4.2穩壓電路設計 82
5.5死區電路範圍定義 83
5.5.1變頻器死區之產生及影響 83
5.5.2 脈波寬度調變死區時間設置 84
5.5.3死區電路設計 84
5.6 MOSFET驅動電路設計 85
5.6.1閘極驅動元件 85
5.6.2驅動外圍電路設計 87
5.6.3變頻器功率開關參數設計 87
5.6.4 主動式截止型緩震電路設計 88
5.7輔助電源設計 89
5.8線性穩壓電路設計 92
5.9 變頻器LC輸出濾波器設計 93
第六章　實體製作與實驗結果 97
6.1 實際運用線路 97
6.2量測結果分析 100
6.2.1 相移控制波形量測 100
6.2.2降壓調節轉換波形量測 102
6.2.3 全橋相移式零電壓轉換電路波形量測 103
6.2.4 正弦脈寬調變波形分析 105
6.2.5 全橋式變頻轉換電路波形量測 106
6.2.6 變頻弦波電壓輸出波形 107
6.2.7 實體圖 108
6.2.8 EMI(傳導及輻射)測試 110
第七章　結論與展望 116
7.1結論 116
7.2未來展望 117
參考文獻 118

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