臺灣博碩士論文加值系統

本論文分析及製作雙向性轉換器應用於複合燃料電池之充放電。為了節省成
本並且縮小體積及提高轉換器效率，因此利用柔切技術來改善傳統式轉換器功率
開關硬切所造成的切換損失。次級側整流子採用同步整流架構，來改善當輸出為
大電流時造成過大的導通損失。因此本論文所提出之雙向式非對稱半橋順向式轉
換器與雙向式主動箝位順向式轉換器，依據所提出之轉換器的操作原理、穩態分
析及達到零電壓切換的條件，各別完成電路雛型最後以實驗波形及量測數據驗證
之。

The system analysis and circuit implementation of the bi-direction converters
applied on charging/discharging complex fuel cell are presented in this thesis. The
soft switching technique is used to reduce the size of magnetizing component,
switching losses and to increase the circuit efficiency. In the secondary side of
transformer, the synchronous rectifier configuration will reduce the conduction losses
on the power semiconductors. The bi-direction asymmetric half-bridge and active
clamp forward converters are presented and discussed. Finally, the experimental
results are provided to verify the performance of the prototype circuits.

中文摘要 ---------------------------------------------------------------------------------- i
英文摘要 ---------------------------------------------------------------------------------- ii
誌謝 ---------------------------------------------------------------------------------------- iii
目錄 ---------------------------------------------------------------------------------------- iv
表目錄 ------------------------------------------------------------------------------------- vi
圖目錄 ------------------------------------------------------------------------------------- vii
符號說明 ---------------------------------------------------------------------------------- xii
第一章 導論 ---------------------------------------------------------------------------- 1
1-1 研究背景與動機 ------------------------------------------------------- 1
1-2 研究目的 ---------------------------------------------------------------- 1
1-3 論文綱要 ---------------------------------------------------------------- 2
第二章 雙向式電源轉換器應用於車輛之介紹 ---------------------------------- 3
2-1 汽車用電電壓標準 ----------------------------------------------------- 3
2-2 雙向電源轉換器應用於油電複合動力車 -------------------------- 3
2-3 雙向電源轉換器應用於燃料電池電動車 -------------------------- 7
第三章 主動箝位技術 ---------------------------------------------------------------- 10
3-1 前言 ---------------------------------------------------------------------- 10
3-2 切換式電源供應器的損失 -------------------------------------------- 10
3-3 主動箝位電路 ----------------------------------------------------------- 11
3-3-1 柔切技術的發展 ----------------------------------------------- 11
3-3-2 共振式電源轉換器 -------------------------------------------- 12
3-3-3 PWM-QRC ------------------------------------------------------- 13
3-4 主動箝位電路的分類 -------------------------------------------------- 14
第四章 同步整流電路介紹 ---------------------------------------------------------- 17
4-1 前言 ---------------------------------------------------------------------- 17
4-1 次級側整流電路 ------------------------------------------------------- 17
4-2-1 半波整流電路 --------------------------------------------------- 17
4-2-2 中間抽頭全波整流電路 --------------------------------------- 18
4-2-3 倍流式整流電路 ------------------------------------------------ 18
4-3 同步整流半波整流電路 ----------------------------------------------- 19
4-4 同步整流中間抽頭全波整流電路 ----------------------------------- 20
第五章 雙向式非對稱半橋順向式轉換器 ---------------------------------------- 21
5-1 升壓模式(放電模式)主電路說明 ----------------------------------- 21
5-2 轉換區間狀態分析 ---------------------------------------------------- 22
5-3 降壓模式(充電模式)主電路說明 ----------------------------------- 35
5-4 轉換區間狀態分析 ---------------------------------------------------- 36
5-5 穩態分析(降壓模式) -------------------------------------------------- 41
5-5-1 輸入電壓與輸出電壓轉換比 --------------------------------- 41
5-5-2 零電壓切換條件 ------------------------------------------------ 42
5-5-3 各功率開關MOSFET 元件的電壓電流值 ----------------- 42
5-5-4 變壓器設計 ------------------------------------------------------ 43
5-5-5 低壓側儲能電感L ---------------------------------------------- 44
5-5-6 高低壓側電容 --------------------------------------------------- 45
5-6 雙向式非對稱半橋順向式轉換器實驗結果 ---------------------- 46
5-6-1 降壓模式(充電模式)實驗波形 ------------------------------- 47
5-6-2 升壓模式(放電模式)實驗波形 ------------------------------- 51
5-6-3 降壓模式(充電模式)效率 ------------------------------------- 56
5-6-4 升壓模式(放電模式)效率 ------------------------------------- 56
5-7 硬體電路實體圖 ------------------------------------------------------- 57
第六章 雙向式非主動箝位順向式轉換器 ---------------------------------------- 59
6-1 升壓模式(放電模式)主電路說明 ----------------------------------- 59
6-2 轉換區間狀態分析 ---------------------------------------------------- 60
6-3 降壓模式(充電模式)主電路說明 ----------------------------------- 72
6-4 轉換區間狀態分析 ---------------------------------------------------- 73
6-5 穩態分析(降壓模式) -------------------------------------------------- 79
6-5-1 輸入電壓與輸出電壓轉換比 --------------------------------- 79
6-5-2 零電壓切換條件 ------------------------------------------------ 79
6-5-3 各功率開關MOSFET 元件的電壓電流值 ----------------- 80
6-5-4 箝位電容設計 --------------------------------------------------- 81
6-5-5 低壓側濾波電感L ---------------------------------------------- 82
6-5-6 變壓器設計 ------------------------------------------------------ 82
6-5-7 高低壓側電容 --------------------------------------------------- 83
6-6 雙向式主動箝位順向式轉換器實驗結果 ------------------------- 83
6-6-1 降壓模式(充電模式)實驗波形 ------------------------------- 84
6-6-2 升壓模式(放電模式)實驗波形 ------------------------------- 87
6-6-3 降壓模式(充電模式)效率 ------------------------------------- 90
6-6-4 升壓模式(放電模式)效率 ------------------------------------- 90
6-7 硬體電路實體圖 ------------------------------------------------------- 91
第七章 結論 ---------------------------------------------------------------------------- 93
參考文獻 ---------------------------------------------------------------------------------- 94

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