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研究生:張濬哲
研究生(外文):Jyun-Jhe Chang
論文名稱:高壓雙向半橋式三階串聯諧振轉換器
論文名稱(外文):High-voltage Bi-directional Half-bridge Three-level Series Resonant Converter
指導教授:邱煌仁林景源林景源引用關係
指導教授(外文):Huang-Jen ChiuJing-Yuan Lin
口試委員:邱煌仁謝耀慶林景源鄭竣安
口試委員(外文):Huang-Jen ChiuYao-Ching HsiehJing-Yuan LinChun-An Cheng
口試日期:2017-07-06
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電子工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:高壓直流微電網系統雙向功率轉換多階串聯諧振轉換器柔切技術
外文關鍵詞:High-voltage DC Micro-grid SystemsBi-directional Power ConversionMulti-level Series Resonant ConverterSoft Switching Technology
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本論文旨在研製一台應用於高壓直流微電網之雙向半橋式三階串聯諧振轉換器,利用三階電路架構來降低元件應力,及減少電磁干擾,並透過箝位二極體及電容,提供適當電流路徑使功率開關達到零電壓切換。以適當變頻使諧振槽操作在SRC區間,並達到雙向之電能傳輸。透過本論文所提之功率開關切換方式,使電路具有LLC-SRC區間之變壓器解耦特性,進而使功率開關達到準零電流切換,以減少切換損失。於二次側方面,加入同步整流以減少導通損失。
本論文實際完成一台輸出功率約3 kW、輸入端電壓1 kV及輸出電流3 A的高壓雙向隔離型之半橋式三階串聯諧振轉換器,並搭配數位信號處理器實現,實驗結果顯示效率可達到96%以上。
This thesis aims to develop a bi-directional half-bridge three-level series resonant converter for high-voltage DC micro-grid. The use of a three-level circuit topology can reduce the device stresses and electromagnetic interference. The clamped diode and capacitor can provide an appropriate current path to achieve zero-voltage switching on power switches. By modulating frequency appropriately, the resonant tank can be operated in SRC region and achieve bi-directional power conversion. With the switching method developed in this thesis, the circuit has a characteristic of transformer decoupling like LLC-SRC region. It achieves quasi-zero-current switching to reduce the switching loss. Synchronous rectifier is also implemented to reduce conduction loss on the secondary side.
A laboratory prototype of bi-directional half-bridge three-level series resonant converter was designed and tested for high-voltage applications. The circuit specifications are 3-kW rated power, 1-kV input voltage, and 3 A output current. A digital signal processor (DSP) chip is used to realize the digital controller of this converter. The measured efficiency can be up to 96% under different load conditions.
摘要 i
Abstract ii
誌 謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
符號定義說明 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 章節大綱 2
第二章 高壓電能轉換器簡介 3
2.1 微電網系統簡介 3
2.2 多階式轉換器 6
2.2.1 電容中性點箝位式 7
2.2.2 二極體箝位式 9
2.2.3 全橋串接式 10
第三章 雙向半橋式三階串聯諧振轉換器 12
3.1 柔性切換技術 12
3.2 RLC串聯諧振電路 13
3.3 主電路架構說明 15
3.4 驅動時序說明 19
3.5 各區間動作分析 20
3.6 系統特性分析 34
3.5.1 Q值對轉移函數之影響 35
3.5.2 K值對轉移函數之影響 36
第四章 電路設計與實現 38
4.1 電路參數制定 38
4.2 變壓器設計 38
4.3 諧振槽設計 44
4.4 被動元件設計 45
4.5 主動功率元件設計 47
4.5.1 功率開關選擇 47
4.5.2 驅動電路設計 49
4.6 數位信號處理器規劃與實現 51
4.6.1 數位信號處理器簡介 52
4.6.2 增強型脈波寬度調變(ePWM)模組 54
4.6.3 DSP規劃及實現 55
第五章 模擬與實作驗證 58
5.1 模擬結果 58
5.2 實驗波形 61
5.3 實驗數據 64
第六章 結論與未來展望 66
6.1 結論 66
6.2 未來展望 67
參考文獻 68
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