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研究生:陳登仁
研究生(外文):Chen Teng-Jen
論文名稱:高功率因數新型零電流切換脈波寬度調變升壓式整流器之研製
論文名稱(外文):Realization Study of a Novel ZCS-PWM Boost Rectifier with High Power Factor
指導教授:王見銘
指導教授(外文):Wang Chien-Ming
學位類別:碩士
校院名稱:龍華科技大學
系所名稱:電子系碩士班
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:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:功率因數修正零電流切換整流器
外文關鍵詞:PFCZero-current-switchingRectifier.
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摘 要
本論文提出一個高功率因數新型零電流切換脈波寬度調變升壓式整流器,其具有傳統脈波寬度調變、柔性切換及瞬時平均電流控制等優點。本論文採用新型零電流切換脈波寬度調變輔助電路來完成主動開關在零電流狀態下切換與被動開關在零電壓狀態下切換,且主開關在無額外電流應力下切換。此外,利用電路中的電流路徑僅流過輔助開關電路特性來減少傳導損失。論文中亦將一切換週期分為九個狀態來說明電路的動作分析。本論文利用雙時間尺度平均化法(AM-TTS),推導出零電流切換整流器之小訊號數學模式。本論文實際分析、設計元件及製作500瓦之高功率因數零電流切換脈波寬度調變升壓式整流器來驗證所提理論之正確性。

關鍵詞:功率因數修正、零電流切換、整流器
Abstract
This thesis proposes a novel zero-current-switching pulse-width modulation (ZCS-PWM) rectifier with high power factor, which features regulation by conventional PWM, soft commutation and instantaneous average line current control. A new zero-current-switching pulse-width modulation (ZCS-PWM) auxiliary circuit is configured in the presented ZCS-PWM rectifier to perform ZCS in the active switches and the ZVS in the passive switches. Furthermore, soft commutation of the main switch is achieved without additional current stress by the presented ZCS-PWM auxiliary circuit. A significant reduction in the conduction losses is achieved, since the circulating current for the soft switching flows only through the auxiliary circuit. Nine transition states for describing the behavior of the ZCS-PWM rectifier in one switching period are described. In this thesis, the two-time-scale averaging method (AM-TTS) is used to drive the small signal mathematical model for a ZCS soft-switching rectifier. A prototype rated at 500W, operating 45kHz, with an input ac voltage of 100 Vrms and an output voltage 400 Vdc has been implemented in laboratory. Analysis, design, and the control circuitry are also presented in this thesis.

Keywords : PFC, Zero-current-switching, Rectifier.
目 錄
第一章 緒論……………………………………………………………………..….1-1
1.1 研究動機…………………………………………………………...……….1-1
1.2 研究目的………………………………………………………………...….1-2
1.3 論文概述…………………………………………………………………....1-2
第二章 功率因數修正與柔性切換技術之原理分析……………………………....2-1
2.1 功率因數簡介….…………………………………………………………...2-1
2.2 功率因數修正器之架構……………………………………………………2-3
2.2.1 連續導通模式......................................................................................2-4
2.2.2 邊界導通模式......................................................................................2-5
2.2.3 不連續導通模式..................................................................................2-6
2.3 功率因數修正之控制方法………………………………………………....2-7
2.3.1 峰值電流控制法..................................................................................2-7
2.3.2 平均電流控制法..................................................................................2-8
2.3.3 磁滯電流控制法................................................................................2-10
2.3.4 電壓隨耦法........................................................................................2-11
2.4 柔性切換技術之概論….…….……………………………………………2-13
2.5 柔性切換之方式……………..……………………………………………2-14
2.3.4 零電流切換共振式升壓型整流器....................................................2-14
2.3.4 零電流切換脈波寬度調變升壓型整流器........................................2-16
第三章 新型零電流切換脈波寬度調變升壓式整流器動作原理分析……………3-1
3.1 新型零電流脈波寬度調變升壓式整流器電路架構……............................3-1
3.2 新型零電流脈波寬度調變升壓式整流器動作原理分析............................3-2
3.3 主電路架構動作原理分析之簡化………………………………………..3-18
3.4 主電路數學模式推導……………………………………………….…….3-24
3.4.1 雙時間尺度平均化法……………………...……………………….3-24
3.4.1 零電流切換脈波寬度調變升壓式數學推導………...…………….3-25
第四章 元件規格與控制電路設計…………………………………………………4-1
4.1 主電路元件之設計.………………………………………………………...4-1
4.2 控制電路設計………………………………………………………………4-5
第五章 實驗結果……………………………………………………………...........5-1
第六章 結論與未來展望……………………………………………………...........6-1
參考文獻…………………………………………………….......................................R-1

圖表目錄
圖 2-1 功率因數修正架構圖 2-3
圖 2-2 升壓式功率因數修正器 2-4
圖 2-3 連續導通模式圖 2-5
圖 2-4 邊界導通模式圖 2-6
圖 2-5 不連續導通模式圖 2-6
圖 2-6 (a)峰值電流控制電路圖(b)電流波形圖 2-8
圖 2-7 (a) 平均電流控制電路圖 2-9
圖 2-7 (b)電流波形圖 2-10
圖 2-8 (a) 磁滯電流制電路圖(b)電流波形圖整流器 2-11
圖 2-9 (a) 電壓隨偶法電路圖(b)電流波形圖 2-12
圖 2-10 切換損失的示意圖 2-13
圖 2-11 零電流切換共振式升壓型整流器 2-15
圖 2-12 零電流切換共振式升壓型整流器相關波形圖 2-15
圖 2-13 零電流切換脈波寬度調變升壓型整流器 2-17
圖 2-14 零電流切換脈波寬度調變升壓型整流器相關波形圖 2-17
圖 3-1 新型零電流脈波寬度調變升壓式整流器 3-1
圖 3-2 新型零電流脈波寬度調變升壓式整流器等效電路圖 3-3
圖 3-3 新型零電流脈波寬度調變升壓式整流器之理想相關波形圖 3-4
圖 3-4 第一狀態等效圖 3-4
圖 3-5 第二狀態等效圖 3-6
圖 3-6 第三狀態等效圖 3-7
圖 3-7 第四狀態等效圖 3-9
圖 3-8 第五狀態等效圖 3-11
圖 3-9 第六狀態等效圖 3-12
圖 3-10 第七狀態等效圖 3-14
圖 3-11 第八狀態等效圖 3-15
圖 3-12 第九狀態等效圖 3-17
圖 3-13 第四、五、六化簡等效圖狀態等效圖 3-19
圖 3-14 模擬相關波形圖 (a) 共振電感Lr1電流(b) 共振電感Lr2電流(c)主開關電流與
電壓…………………………………………………………………………3-23
圖 3-14 模擬相關波形圖 (d)輔助開關電流與電壓(e) 共振電容VCr電壓 3-24
圖 3-15 零電流切換脈波寬度調變升壓式之慢速濾波變數等效電路 3-27
圖 3-16 與工作週期比 對照不同參數 (a)n=0.2,(b)n=0.4 3-32
圖 3-16 與工作週期比 對照不同參數 (c)n=0.6, (d)n=0.8 3-33
圖 4-1 高功因新型零電流脈波寬度調變升壓式整流器 4-1
圖 4-2 新型零電流高功因升壓式整流器之控制電路方塊圖 4-5
圖 4-3 UC3854內部方塊接腳圖 4-6
圖 4-4 平均電流模式控制方塊圖 4-6
圖 4-6 邏輯電路與驅動電路 4-7
圖 5-1 功率開關訊號波形 5-2
圖 5-2 主動功率開關上的電壓與電流波形 5-2
圖 5-3 輔助功率開關上的電壓與電流波形 5-3
圖 5-4 共振電感Lr1上的電流與共振電容電壓波形 5-4
圖 5-5 共振電感Lr2上的電流與共振電容電壓波形 5-4
圖 5-6 功率二極體D1上的電流與電壓波形 5-5
圖 5-7 功率二極體D2上的電流與電壓波形 5-5
圖 5-8 輸入電流與電壓波形(未經功率因數修正) 5-6
圖 5-9 輸入電流與電壓波形(經功率因數修正) 5-6
表 1 電路規格 4-1
表 2 測量之規格及元件參數 5-1
參考文獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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