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研究生:游仁賢
研究生(外文):Jen-Hsien Yu
論文名稱:返馳式轉換器之軟切換設計與實現
論文名稱(外文):The Design and Implementation of Soft Switching for Flyback Converters
指導教授:王朝興王朝興引用關係
指導教授(外文):Chau-Shing Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電機工程學系
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:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:返馳式轉換器欠阻尼不連續操作模式軟切換
外文關鍵詞:flyback converterunder dampingdiscontinuous mode of operationsoft switching
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本篇論文主要是探討返馳式轉換器的軟切換,首先介紹二階RLC諧振電路,分為欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼、無阻尼四種自然響應,由這幾種自然響應應用於電路拓撲中,可發現其中欠阻尼自然響應的二階RLC諧振電路,能使返馳式轉換器的功率開關操作在軟切換,再配合返馳式轉換器中的不連續操作模式,更能達到理想的軟切換目的。
此外還利用電腦模擬軟體Pspice,來模擬返馳式轉換器電路,先瞭解切換頻率、電阻、電感、電容等元件,對於軟切換的影響性,知道哪些元件對於軟切換電路有所影響後,再製作一個低功率的返馳式轉換器硬體電路,藉由量測電壓波形來分析此硬體電路。

This thesis investigates soft switching of the flyback converter. In the beginning, this paper introduces four kinds of the natural responses: underdamped, critically damped, over damped, and undamped types in the second-order RLC resonant circuit. It is found that the underdamped RLC resonant circuit can make the flyback converter’s power switch operating in soft switching. Furthermore, if the flyback converter is in the discontinuous mode of operation, it is easier to achieve the desired soft-switching purpose.
In addition, we use Pspice’s simulation software to simulate the flyback converter circuit, so we can know how the switching frequency, resistors, inductors, capacitors and other components impact the soft-switching. After that, we implement a low-power flyback converter hardware circuit. By measuring the voltage waveforms, we analyze the hardware circuit.

中文摘要 i
英文摘要 ii
謝誌 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1研究動機與背景 1
1.2 文獻探討 2
1.3 論文架構 4
第二章 軟切換開關理論 5
2.1切換開關的演變 5
2.2基本原理 12
2.3軟切換方法 18
第三章 返馳式軟切換設計 21
3.1元件的介紹 21
3.2 變壓器設計探討 27
3.3 系統架構 32
第四章 模擬與實驗量測結果 38
4.1 模擬結果 38
4.2硬體實測結果 43
4.3討論 49
第五章 結論與未來研究方向 53
5.1 結論 53
5.2未來研究方向 54
參考文獻 55

圖1.1 返馳式轉換器電路拓樸圖[1] ..........2
圖2.1 電力轉換器之三大領域.....................5
圖2.2 切換開關硬式切換之電壓電流波形及功率損失圖[2] ....6
圖2.3 硬切換損失的V-I 軌跡圖[16] ........8
圖2.4 切換開關的緩衝電路示意圖..........9
圖2.5 緩衝電路切換損失的V-I 軌跡圖[19]...........9
圖2.6 零電壓(ZVS)切換損失的V-I 軌跡圖[16].........11
圖2.7 零電流(ZCS)切換損失的V-I 軌跡圖[16].......11
圖2.8 RLC 串聯諧振電路圖...................12
圖2.9 RLC 並聯諧振電路圖................14
圖2.10 欠阻尼響應圖................16
圖2.11 臨界阻尼響應圖................16
圖2.12 過阻尼響應圖......................17
圖2.13 無阻尼響應圖.....................17
圖2.14 ZVS 的基本電路拓撲圖[1]...........19
圖2.15 ZCS 的基本電路拓撲圖[1]......20
圖3.1 適隔離型的電源轉換器區塊圖.....21
圖3.2 功率開關圖...........22
圖3.3 隔離高頻變壓器圖.........23
圖3.4 蕭特基二極體圖..........23
圖3.5 電解電容器圖.............24
圖3.6 電壓穩壓器圖............25
圖3.7 光隔離器圖.............................25
圖3.8 波寬度調變控制IC 圖...................26
圖3.9 線架寬度A/2 的繞線圖[30] ...........29
圖3.10 線架寬度A 的繞線圖[30] ............30
圖3.11 線架寬度A/n 的繞線圖[30] ........30
圖3.12 連續模式圖.....................33
圖3.13 不連續模式圖......................34
圖3.14 準諧振返馳式轉換器電路圖[1] ..............35
圖3.15 準諧振不連續模式操作波形圖[1] .............36
圖4.1 Pspice 模擬電路圖..........................38
圖4.2 Pspice 硬切換模擬電路波形圖..................39
圖4.3 Pspice 軟切換模擬電路波形圖.......................41
圖4.4Pspice 理想軟切換模擬電路波形圖..................42
圖4.5 實作準諧振返馳式轉換器電路圖.....................44
圖4.6 傳統切換開關的電壓波形圖..........................45
圖4.7 無載切換開關的電壓波形圖...........................46
圖4.8 0.5A 負載切換開關的電壓波形圖........................46
圖4.9 1A 負載切換開關的電壓波形圖.........................47
圖4.10 1.5A 負載切換開關的電壓波形圖..................47
圖4.11 滿載切換開關的電壓波形圖.........................48
圖4.12 變壓器極性判斷圖(一) ...................50
圖4.13 變壓器極性判斷圖(二)....................50
圖4.14 變壓器極性判斷圖(三)..............51
圖4.15 變壓器極性判斷圖(四).............51
表目錄
表4.1 返馳式轉換器設計電路規格表...... 43
表4.2 負載變動下的效率表..................... 44



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