臺灣博碩士論文加值系統

傳統充電器多採傳導型接觸充電法，亦即以金屬接點連接方式對電子產品充電，但其充電連接器金屬接點之接觸與外露易受環境因素而生銹腐蝕。在某些特殊環境下，使用傳導型接觸充電法會變得相當危險，因此有非接觸感應充電技術的提出，本篇論文將對非接觸式充電技術進行探討。本文採用半橋式反流器，並利用變壓器之激磁電感與漏感進行諧振，功率開關具備零電壓切換之性能，以達到降低功率開關之切換應力、切換損失及改善電磁干擾現象，搭配諧振電路使得變壓器匝比減少，進而提高整體效率，並在不同氣隙及負載的情況下對其性能進行探討。本文所研製90W非接觸式充電器，為直流270V、輸出為12V，重載情況下，氣隙為0.15mm時系統效率為75.42%，在氣隙設定最大0.75mm時，系統效率為60.17%。

To charge electronic products, a conduct-type charging by means of metal contact connections is mostly adopted in traditional chargers. However, both the contact points and the exposure of the charger connector cause the vulnerability as well as the corrosion of metal. In certain environments, the use of conduct-type charging has become pretty dangerous. In regard to safety concerns, the non-contact inductive charging technology has therefore arisen. To keep pace with the cutting-edge technology, this thesis will probe into the application of the non-contact inductive power charging technology. In this thesis, a half-bridge inverter is employed. The transformer magnetizing inductance as well as the leakage inductance is used to carry out resonance. The switch with zero voltage switching (ZVS) achieves the goals of reducing the stresses of components, the losses in switching , and the electromagnetic interference. Furthermore, the use of resonant circuit enhance the overall efficiency. A 90W non-contact charger with DC 270V input and 12V output voltage, is implemented in this thesis. In a full loaded condition, while an air gap is 0.15mm, the system efficiency is 75.42%. The system efficiency is 60.17% at the maximum air gap of 0.75mm.

摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XI

第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 論文貢獻 3
1.4 論文架構 4
第二章 感應耦合分析與蓄電池充電技術 5
2.1 感應耦合動作原理 5
2.2 變壓器模型分析 6
2.3 耦合係數與磁路分析 8
2.4 鉛酸電池介紹 10
2.5 鉛酸電池充電方式介紹 13
2.5.1 定電壓充電法 13
2.5.2 定電流充電法 14
2.5.3 定電流/定電壓充電法 14
2.5.4 脈衝式充電法 16
2.5.5 Reflex充電法 16
第三章 串聯諧振式轉換器架構與原理 17
3.1 LC串聯諧振電路簡介 17
3.2 理想RLC串聯諧振電路 19
3.3 零電流切換與零電壓切換 21
3.4 半橋串聯諧振式轉換器 22
3.4.1 SRC諧振模式 23
3.4.2 LLC諧振模式 26
3.4.3 SRC與LLC之比較 28
3.5 LLC串聯諧振轉換器之動作分析 29
3.5.1第一暫態區間 (t0 < t < t1) 30
3.5.2能量傳送區間 (t1 < t < t2) 32
3.5.3第二暫態區間 (t2 < t < t3) 33
3.5.4零電壓切換區間 (t3 < t < t4) 35
第四章 LLC半橋串聯諧振轉換器之設計 37
4.1 控制IC L6599 37
4.2 HB - LLC電路規格 40
4.3 HB-LLC功率級元件設計 40
第五章 實驗結果與討論 48
5.1 LLC-SRC規格 48
5.2 控制電路PWM信號與盲時時間(DEAD TIME) 48
5.3 LLC-SRC波形量測 50
5.4 LLC-SRC量測數據 56
5.5 不同氣隙條件下LLC-SRC量測數據 57
5.6 鉛酸電池充電圖 58
5.7 電路架構實照圖 60
5.8 實驗結果討論 61
第六章 結論與未來展望 62
6.1 結論 62
6.2 未來展望 62
參考文獻 64
作者簡介 70

圖目錄
圖1-1非接觸式感應技術之應用範圍.....................................................2
圖1-2非接觸式感應技術之系統基本架構.............................................3
圖2-1載有電流的導線與產生之磁力線.................................................5
圖2-2載有電流的環形導線.....................................................................6
圖2-3變壓器等效模型圖.........................................................................6
圖2-4非接觸式變壓器模型圖.................................................................7
圖2-5 EE CORE變壓器示意圖..................................................................9
圖2-6鉛酸電池之結構示意圖...............................................................12
圖2-7定電壓充電曲線圖.......................................................................13
圖2-8定電流充電曲線圖.......................................................................14
圖2-9定電流/定電壓充電曲線圖..........................................................15
圖2-10脈衝充電曲線圖.........................................................................15
圖2-11 REFLEX充電曲線圖....................................................................16
圖3-1硬式切換的開關電流和電壓波形...............................................17
圖3-2無阻尼串聯諧振電路...................................................................18
圖3-3 RLC串聯諧振電路.......................................................................19
圖3-4MOSFET的等效模型..................................................................22
圖3-5半橋式串聯 諧振轉換器電路架構...............................................23
圖3-6串聯 諧振電路頻率響應圖...........................................................23
圖3-7 SRC一次側等效模型...................................................................24
圖3-8半橋串聯 串聯 諧振式轉換器二次側等效電路...................................25
圖3-9串聯諧振電路之動作時序圖.......................................................26
圖3-10 LLC一次側等效模型.................................................................26
圖3-11 串聯諧振電路之動作時序圖.....................................................27
圖3-12 ..............................................................LLC串聯諧振式轉換器29
圖3-13第二區間(LLC)動作時序圖.......................................................30
圖3-14第一暫態區間之導通路徑.........................................................31
圖3-15第一暫態區間導通路徑之等效電路.........................................31
圖3-16能量傳送區間之導通路徑.........................................................32
圖3-17能量傳送區間導通路徑之等效電路.........................................33
圖3-18第二暫態區間之導通路徑.........................................................34
圖3-19第二暫態區間導通路徑之等效電路.........................................34
圖3-20零電壓切換區間之導通路徑.....................................................35
圖3-21零電壓切換區間導通路徑之等效電路.....................................35
圖4-1 L6599內部方塊圖........................................................................37
圖4-2氣隙0.15MM MATLAB軟體模擬電壓增益曲線..........................43
圖4-3氣隙0.75MM MATLAB軟體模擬電壓增益曲線..........................44
圖5-1 L6599兩組PWM訊號................................................................49
圖5-2 L6599兩組PWM訊號中間盲時時間........................................49
圖5-3輸入電壓270VDC，PO=22.5W時之ZVS情況..........................50
圖5-4輸入電壓270VDC，25%負載LLC-SRC波形，PO=22.5W.......51
圖5-5輸入電壓270VDC，50%負載LLC-SRC波形，PO=45W..........52
圖5-6輸入電壓270VDC，75%負載LLC-SRC波形，PO=67.5W.......52
圖5-7輸入電壓270VDC，100%負載LLC-SRC波形，PO=90W........53
圖5-8輸入電壓270VDC，負載90W時VCR、ILR波形.........................53
圖5-9輸入電壓300VDC，25%負載LLC-SRC波形，PO=22.5W.......54
圖5-10輸入電壓300VDC，50%負載LLC-SRC波形，PO=45W........54
圖5-11輸入電壓300VDC，75%負載LLC-SRC波形，PO=67.5W.....55
圖5-12輸入電壓300VDC，100%負載LLC-SRC波形，PO=90W......55
圖5-13輸入電壓270VDC，90W時DC輸入端電壓電流波形............56
圖5-14輸入為DC270V, LLC-SRC 效率對輸出電流折線圖..............57
圖5-15加入氣隙的變壓器示意圖.........................................................57
圖5-16不同氣隙下90W LLC-SRC 效率折線圖 .................................58
圖5-17充電電流5A時鉛酸電池波形圖..............................................59
圖5-18充電電流1A時鉛酸電池波形圖..............................................59
圖5-19 LLC-SRC轉換器實體圖............................................................60
圖5-20 L6599控制電路實體圖..............................................................60
圖5-21結合控制電路與LLC-SRC轉換器實體圖..............................61

表目錄
表2-1鉛酸電池特性表...........................................................................12
表4-1 L6599接腳功能介紹....................................................................38
表5-1輸入為DC 270V LLC-SRC數據表............................................56
表5-2不同氣隙下90WLLC-SRC數據表............................................58

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