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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王思淵
研究生(外文):Yuan-Sz Wang
論文名稱:300瓦順向式電源供應器功因修正及電磁干擾防制設計與實作
論文名稱(外文):Power Factor Corrector Design and Electromagnetic Interference Prevention for 300 Watts Forward Switching Power Supply
指導教授:康淵康淵引用關係范憶華
指導教授(外文):YUAN KANGYi-Hua Fan
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:電磁干擾功因修正平均電流模式
外文關鍵詞:power factor corrector (PFC)EMIaverage current mode control.
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近幾年中,隨著電腦以及操作機台的快速發展,電源供應器所需提供的單位體積功率密度的需求越來越高,並且對高效率的要求也越來越高。然而電路中產生的電流諧波以及負載相位不同的問題,不但產生許多雜訊對控制系統的穩定性造成影響,更會降低電源供應器的功率因數導致能源的浪費。因此提高切換式電源供應器的功因是目前世界各國一致的目標,也是各個電源供應製造商努力的動機。
本研究主旨在於討論功因修正器之設計,針對其種類及控制策略進行分析與比較,並以升壓型轉換器作為主電力電路架構,採用固定切換頻率及平均電流控制模式,以降低輸入電流諧波,並使輸入電流與電壓同相,達到修正功因的目的。
最後,使用ML4800作為控制IC,實作出有PFC功能的300瓦順向式電路,實驗結果驗證了所採控制技術之正確性與可行性,在滿載時可達0.95。除此之外,本論文為了解決在交換式電源供應器應用之中所產生的傳導性電磁干擾問題,在電路前端加入二階濾波器,來分析不同雜訊來源之應對策略,作為未來實測之參考。
The fast developments of high-level computers and operating machine platforms have promoted the demands for switch-mode power supplies with high energy density and efficiency recently. However, the problem due to the harmonic current in the circuit and different load phase would not only affect the stability of the switch-mode power circuits but also deteriorate the power factor with more energy losses. Thus, how to improve the power factor of switch-mode power supplies has been the common goal in the industry.
This report is focused on the design and implementation of a power factor corrector (PFC). Various types of PFC topologies and several control schemes are also discussed. The set-up converter by the average current mode control with a constant switching frequency is proposed. The main objective is to reduce the input current harmonics and to increase the power factor to approaching one.
At last, a 300W Forward PFC prototype is manufactured based on the ML4800 control IC to be the test board. The experimental results confirm the validity and feasibility of the adopted scheme. The PF value can be higher than 0.95 when it operated in fully loading. In addition, this report presents the steps for solving the conducted EMI problems for switching power supply. A second-order passive filter is put in front of the switch power supply circuit to indicate the EMI element’s functions for different source of noise. The result would be a reference for the EMI test in the further.
目 錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅶ
圖目錄 Ⅷ
第一章 緒論 1
1.1 研究目的及動機 1
1.2 研究方法及背景 2
1.3 文獻回顧 4
1.4 本文架構 6
第二章 PFC定義及修正電路架構 7
2.1 PFC的定義 9
2.2被動式功率修正電路 13
2.2.1 LC 濾波功因修正器 14
2.2.2 π型濾波功因修正器 14
2.2.3 填谷式部分濾波功因修正器 15
2.3主動式功率修正電路 16
2.3.1 非隔離型 16
2.3.1 隔離型 19
2.4功因修正器類型之比較 20
第三章 PFC的控制方法 23
3.1連續導通模式 23
3.1.1磁滯電流控制法 24
3.1.2平均電流控制法 25
3.1.3峰值電流控制法 26
3.2不連續導通模式 27
3.2.1定頻控制法 28
3.2.2邊界導通控制法 29
3.3 控制模式的比較 30
第四章 電路設計及EMI的防制 34
4.1 EMI電路設計 34
4.1.1 EMI電路架構介紹 36
4.1.2 EMI的設計 41
4.2功率修正電路及300w順向式設計 44
4.2.1 IC選擇 45
4.2.2 PFC端的電路設計 49
4.2.3 300W順向式設計 52
第五章 實體製作及測量 57
5.1 EMI的測試 58
5.2功率修正因素 62
第六章 結論 66
6.1 結論 66
6.2 未來的研究方向 66
參考文獻 67


表 目 錄
表2-1 功因修正電路架構比較 21
表3-1 電流模式比較 31
表3-2 市售IC種類 33
表4-1 (a)FCC傳導式電磁干擾規範 36
表4-1 (b)CISPR傳導式電磁干擾規範 36
表4-2 目前國內對於電子安定器的標準 45
表4-3 各腳位的功能 48
表4-4 功因修正電路參數 50
表4-5 順向式電路參數 53
表5-1 零件對濾波器的影響 58
表5-2 輸入電壓為110V的PF值 63
表5-3 輸入電壓為220V的PF值 64


圖 目 錄
圖2-1 線性系統負載 7
圖2-1 (a)純電阻性負載 7
圖2-1 (b)純電容性負載 7
圖2-1 (c)純電感性負載 7
圖2-2 電路諧波的來源 8
圖2-2 (a)純電阻性負載的輸入電壓及電流 8
圖2-2 (b)加入濾波電容後的變化 8
圖2-2 (c)加大濾波電容後的變化 9
圖2-3 電壓、電流與基頻電流波型 12
圖2-4 LC型濾波功因修正器 14
圖2-5 π型濾波功因修正器 15
圖2-6 填谷式部份濾波功因修正器 16
圖2-7 降壓型電路架構 17
圖2-8 昇壓型電路架構 18
圖2-9 昇降壓型電路架構 18
圖2-10 返馳型電路架構 19
圖2-11 隔離順向式電路架構 20
圖3-1 連續導通模式的電路架構 23
圖3-2 磁滯電流控制模式 25
圖3-3 平均電流控制模式 26
圖3-4 峰值電流控制模式 27
圖3-5 不連續導通模式控制法 28
圖3-6 定頻控制法 29
圖3-7 邊界電流模式控制法 30
圖4-1 功因修正器電路架構 34
圖4-2 共模雜訊的來源 37
圖4-3 差模雜訊的來源 38
圖4-4 典型的EMI濾波器 38
圖4-5 共模電感外型 39
圖4-6 差模電感及共模電感共同繞組 40
圖4-7 Y電容的外型圖 40
圖4-8 X電容的外型圖 41
圖4-9 共模及差模的共振頻率 43
圖4-10 共模等效電路圖 43
圖4-11 差模等效電路圖 44
圖4-12 ML4800內部電路圖 46
圖4-13 IC腳位圖 47
圖4-14 IC內部控制PFC端的腳位 49
圖4-15 PFC部份電路 50
圖4-16 300W順向式電路圖 53
圖5-1 前端EMI部份電路 57
圖5-2 PFC及後端電力轉後級電路 58
圖5-3 電源傳輸阻抗穩定網路 59
圖5-4 DMR電路圖 61
圖5-5 CMR電路圖 61
圖5-6 AC/DC電力計 62
圖5-7 電子負載儀器 63
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