臺灣博碩士論文加值系統

目前在已知的轉換器中E類共振式轉換器為效率最高，且共振
式轉換器會因共振槽內的共振電感與共振電容排列組合不同產生不同的共振效果，當共振式轉換器功率開關操作於零電壓切換(Zero Voltage Switching, ZVS)或零電流切換(Zero Current Switching, ZCS)，故可減少功率開關切換時造成的切換損失，提高轉換器之效率，充分達到能源不必要的浪費效果。
本論文研製的新型零電壓切換負載共振式轉換器，將功率開關在
零電壓切換(Zero Voltage Switching, ZVS)狀態下操作，可降低其切換損失，提昇轉換器之效率，且功率開關僅有單一個，驅動訊號也只需要一組。不同於傳統D類共振式轉換器需要兩個功率開關，驅動訊號則需兩組，如此一來製作成本勢必提高，電路效率也無法達到預期之目標，所以本論文研製低成本、高效率的新型零電壓切換負載共振式轉換器。


最後將實作之新型零電壓切換負載共振式轉換器的元件參數、規
格時候結果與模擬結果相互比較，驗證本論文所提之新型零電壓切換負載共振式轉換器，最後經實測證實此新型零電壓切換負載共振式轉換器整體電路效率達96.92%，實作結果令人相當滿意，也達到預期之目標以上。

In the currently known converters, the class E resonant converter is the most efficient one, and different combinations of resonant inductance and resonant capacitance inside the resonant trough of the resonant converter can produce different resonance effects, so that when the resonant converter power switch is operated at zero voltage switching (ZVS) or zero current switching (ZCS), the losses due to power switch on-and-off can be reduced, and the converter efficiency is thus enhanced, to avoid unnecessary waste of energy.
Presented in this paper is the novel zero-voltage-switch loaded resonant converter whose power switch can be operated at a zero voltage switching (ZVS) mode to reduce the switching losses so as to improve the converter efficiency. This new converter needs only a single power switch as well as a single set of driving signals, while the traditional class D resonant converter needs two power switches and two sets of driving signals, which inevitably results in higher production costs and won’t be able to reach the expected circuit efficiency. As a result, this paper is for the development of the novel low-cost and high efficient zero-voltage-switch loaded resonant converter.

中文摘要---------------I
英文摘要-------------III
致謝-------------------V
目錄------------------VI
圖目錄--------------------VIII
表目錄----------------XII
第一章 緒論--------------1
1.1研究動機-------------1
1.2研究目的------------2
1.3研究綱要----------3
第二章 轉換器之介紹--------5
2.1線性轉換器-------5
2.2切換式轉換器---------7
2.2.1介紹線性轉換器與切換式轉換器的特性與其優缺點---9
2.3柔式切換轉換器---------10
2.4共振式轉換器-------12
2.4.1傳統共振式轉換器-----13
2.4.2半共振式轉換器-----13
2.5昇壓式轉換器--------14
2.5.1電路操作原理分析----------15
第三章 共振式轉換器--------18
3.1共振式轉換器的切換---------18
3.2D類共振式轉換器---------21
3.3E類共振式轉換器--------29
第四章 新型零電壓切換負載共振式轉換器----39
4.1新型零電壓切換負載共振式轉換器------39
4.2新型零電壓切換負載共振式轉換器之電路分析------41
4.3新型零電壓切換負載共振式轉換器公式推導------48
第五章 模擬與實際測量結果---------59
5.1新型零電壓切換負載共振式轉換器電路模擬參數------60
5.2新型零電壓切換負載共振式轉換器之實測與模擬結果-----60
第六章 結論與未來研究方向-------79
6.1結論----------79
6.2未來研究方向--------79
參考文獻--------------81
圖目錄
圖2-1 基本線性調整器-------5
圖2-2線性電力轉換器-------6
圖2-3基本切換式轉換器-------7
圖2-4負載輸出波形-------8
圖2-5切換式電力轉換器--------9
圖2-6柔式切換ZVS PWM開關示意圖-------11
圖2-7柔式切換ZVT開關損失示意圖------12
圖2-8共振式ZVS開關損失示意圖---14
圖2-9昇壓式DC-DC轉換器---------15
圖2-10開關導通等效電路------------16
圖2-11開關截止等效電路----------17
圖3-1共振式及硬式切換的電流與電壓波形圖-----19
圖3-2共振式轉換器之類別--------20
圖3-3D類共振式轉換器三種形式(a)並聯共振式---21
(b)串聯共振式---22
(c)串並聯共振式---22
圖3-4 D類共振式轉換器(fs＝fo)的工作模式---24
圖3-5 D類共振式轉換器(fs＞fo)的工作模式-----26
圖3-6 D類共振式轉換器(fs＜fo)的工作模式------28
圖3-7 E類共振式轉換器--------30
圖3-8 E類轉換器的等效電路圖------31
圖3-9 E 類共振式轉換器最佳理想化工作模式----33
圖3-10 E 類共振式轉換器最佳理想化工作模式----34
圖3-11 E 類共振式轉換器次理想化第一型工作模式----35
圖3-12 E 類共振式轉換器次理想化第一型工作模式----36
圖3-13 E 類共振式轉換器次理想化第二型工作模式----37
圖3-14 E 類共振式轉換器次理想化第二型工作模式----38
圖4-1新型零電壓切換負載共振式轉換器----39
圖4-2 新型零電壓切換負載共振式轉換器基本方塊圖----40
圖4-3 新型零電壓切換負載共振式轉換器工作模式-----44
圖4-4 新型零電壓切換負載共振式轉換器工作模式一----45
圖4-5 新型零電壓切換負載共振式轉換器工作模式二----45
圖4-6 新型零電壓切換負載共振式轉換器工作模式三-----45
圖4-7 新型零電壓切換負載共振式轉換器工作模式四-----46
圖4-8 新型零電壓切換負載共振式轉換器工作模式五----46
圖4-9 新型零電壓切換負載共振式轉換器工作模式六----46
圖4-10新型零電壓切換負載共振式轉換器工作模式七-----47
圖4-11 新型零電壓切換負載共振式轉換器電路圖----48
圖4-12新型零電壓切換負載共振式轉換器之簡化電路圖---49
圖4-13相位角θ與責任週期D的關係曲線圖----54
圖4-14開關最大電壓、最大電流及責任週期的關係曲線圖---56
圖5-1新型零電壓切換負載共振式轉換器模擬電路----59
圖5-2開關驅動訊號與開關電壓實測波形圖-------64
圖5-3開關驅動訊號與開關電壓模擬波形圖------64
圖5-4儲能電感L電壓與電流實測波形圖-------65
圖5-5儲能電感L電壓與電流模擬波形圖-----65
圖5-6驅動訊號與開關電流實測波形圖------66
圖5-7驅動訊號與開關電流模擬波形圖-------66
圖5-8並聯電容C電壓與電流實測波形圖------67
圖5-9並聯電容C電壓與電流模擬波形圖------67
圖5-10共振電感Lf電壓與電流實測波形圖------68
圖5-11共振電感Lf電壓與電流模擬波形圖------68
圖5-12共振電容C1電壓與電流實測波形圖-----69
圖5-13共振電容C1電壓與電流模擬波形圖------69
圖5-14共振電感Ls電壓與電流實測波形圖-------70
圖5-15共振電感Ls電壓與電流模擬波形圖-----70
圖5-16共振槽輸入電壓與輸出電壓實測波形圖----71
圖5-17共振槽輸入電壓與輸出電壓模擬波形圖------71
圖5-18共振槽輸出電壓與共振電容輸入實測電流波形圖--72
圖5-19共振槽輸出電壓與共振電容輸入模擬電流波形圖----72
圖5-20二極體D1電壓與電流實測波形-----73
圖5-21二極體D1電壓與電流模擬波形-------73
圖5-22濾波電容Co電壓與電流實測波形圖------74
圖5-23濾波電容Co電壓與電流模擬波形圖------74
圖5-24共振槽輸出電壓與共振電感LS輸出電流實測波形圖----75
圖5-25共振槽輸出電壓與共振電感LS輸出電流模擬波形圖----75
圖5-26共振槽輸出電壓與開關電流實測波形圖----76
圖5-27共振槽輸出電壓與開關電流模擬波形圖------76
圖5-28輸出電壓與電流實測波形圖-------77
圖5-29輸出電壓與電流模擬波形圖--------77
圖5-30新型零電壓切換負載共振式轉換器實作照片----78
圖5-31驅動電路實作照片-------78
表目錄
表5-1新型零電壓切換負載共振式轉換器模擬與實測電路參數---49

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