臺灣博碩士論文加值系統

本論文旨在提出一組雙開關準諧振返馳式轉換器，在傳統返馳式電路加入一上橋開關的設計可以帶來許多好處，尤其是在高壓輸入應用。漏感能量將回收到輸入端，因此不需要外加緩振電路；同時開關電壓被箝制為輸入電壓，將有效地降低元件應力。脈衝寬度調變控制應用準諧振操作，可提升轉換效率。
本論文詳細說明電路動作原理，最後研製一部輸出電壓19 V、額定功率90 W的電源供應器，前級電路使用升壓型邊界導通模式功率因數修正器，為了降低損耗，輕載時進入突發模式工作；後級為雙開關準諧振返馳式轉換器，工作原理類似傳統返馳式電路，並操作在電流不連續模式以實現波谷切換。實驗結果驗證了理論分析的正確性與所研製轉換器之實用性。

This thesis presents a dual-switch quasi-resonant (QR) flyback converter. Compared with the conventional flyback converter, the design with an extra high-side switch brings many benefits, especially in high input voltage applications. The energy of the leakage inductance is recycled back to the input and there is no need for a snubber circuit. As the switch voltage is clamped at the input voltage, the device stress can be effectively reduced. Also the conversion efficiency is improved due to the low switching losses resulted from the PWM quasi-resonant operations.
The operating principles of the presented converter are discussed. A prototype circuit with an output voltage of 19 V and a rated output power of 90 W is implemented. The front stage is a boost-type boundary-conduction-mode (BCM) power factor corrector (PFC), which enters into the burst-mode operation at light load to reduce the switching losses. The second stage is a dual-switch QR flyback converter operated under discontinuous conduction mode (DCM) to fulfill the valley switchings. Experimental results verify the validity of the theoretical analysis and the practicabilily of the studied converter.

摘　要 i
Abstract ii
誌　謝 iii
目　錄 iv
圖索引 vii
表索引 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與現況 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 章節大綱 3
第二章 功率因數修正原理 4
2.1 功率因數之定義 4
2.2 主動式功率因數修正器簡介與分類 8
2.3 升壓型功率因數修正器動作原理 10
2.4 功率因數修正器之操作模式 11
2.5 功率因數修正器之控制模式 12
2.5.1 電壓隨耦控制模式 12
2.5.2 乘法器控制模式 13
2.5.3 磁滯電流控制法 14
2.5.4 峰值電流控制法 15
2.5.5 平均電流控制法 18
第三章 返馳式轉換器 22
3.1 傳統返馳式轉換器原理 22
3.2 傳統對高頻電壓突波策略 25
3.2.1 RCD緩振電路 25
3.2.2 RC緩振電路 26
3.2.3 主動式箝位控制 27
3.3 準諧振返馳式轉換器原理 28
3.3.1 硬性切換 28
3.3.2 柔性切換 29
3.3.3 準諧振返馳式轉換器工作原理 30
第四章 雙開關返馳式轉換器 39
4.1 雙開關返馳式拓樸 39
4.2 雙開關準諧振返馳式轉換器狀態分析 39
第五章 電路設計與實作 43
5.1 控制功能 43
5.1.1 前級PFC主要功能 45
5.1.2 後級DC/DC轉換器主要功能 45
5.2 電路設計 45
5.2.1 PFC功率元件設計 45
5.2.2 DC/DC轉換器功率元件設計 47
5.3 電路實測結果 48
5.3.1 功率因數修正器之量測 48
5.3.2 雙開關準諧振返馳式轉換器之量測 51
5.3.3 整機實測效率 54
第六章 結論與未來展望 56
6.1 結論 56
6.2 未來研究方向與建議 56
參考文獻 58

[1]K. Harada and H. Sakamoto, “Switched snubber for high frequency switching,” Proc. Power Electron. Spec. Conf , pp. 181-187, 1990.
[2]C. Basso, “How to deal with leakage elements in flyback converters, ” On Semiconductor, AN1679/D.
[3]M. Bildgen, “Resonant converter topologies,” ST Microelectronics, AN658/1194.
[4]K. Liu, R. Oruganti, and F. C. Lee, “Resonant switches topologies and characteristics,” IEEE Trans. On Power Electronics, Vol. PE-2, No.1, pp. 62-74, 1987.
[5]V. Vorpe’rian, “Quasi-square-wave converters: topologies and analysis,” IEEE Trans. On Power Electronics, Vol. 3, No.2, pp. 183-191, 1998.
[6]E. Ismail and A. Sebzali, “A new class of quazi-square wave resonant converters with ZCS,” IEEE. Applied Power Electronics Specialists Conf., Vol. 1 and 2, pp. 1381-1387, 1997.
[7]B. R. Lin, H. K. Chiang, C. E. Huang and K. C. Chen, “Analysis of an active clamp forward converter,” IEEE PEDS 2005, pp. 140-145.
[8]ST Microelectronics, “Solution for designing a 400W fixed off-time controlled PFC pre-regulator with the L6562A,” application note, 2008.
[9]Data Sheet, NCP1207A, NCP1207B “PWM current-mode controller for free running quasi-resonant operation,” On Semiconductor, Nov., 2007, Rev 8.
[10]ST Microelectronics, “L6561, enhanced transition mode power factor corrector,” Application Note, AN966, March 2003.
[11]Y. Xi and B. Bell, “Two-switch topology boosts forward, flyback topology boosts forward, flyback designs”EE Times-India January 2008.
[12]柯祈佑，「高效能非對稱半橋轉換器之研製」，國立台灣科技大學電子工程系碩士論文，民國98年。
[13]洪瑞鴻，「2kW功率因數修正器研製」，國立台灣科技大學電子工程系碩士論文，民國94年。
[14]陳冠廷，「具功率因數修正器關閉功能之雙模式返馳式轉換器研製」，國立台灣科技大學電子工程系碩士論文，民國99年。
[15]黃健淳，「250W局部零電壓切換準諧振升壓型功率因數修正器之研製」，國立台灣科技大學電子工程系碩士論文，民國98年。
[16]A. I. Pressman, “Switching power supply design,” Second Edition, McGraw-Hill, 1998.
[17]陳文富，「200瓦LED路燈電源供應器研製」，國立台灣科技大學電子工程系碩士論文，民國99年。
[18]梁適安，「交換式電源供應器之理論與實務設計」，全華科技圖書出版，民國93年10月。
[19]原田耕介，新型柔性切換式電源技術入門，第一版，全華科技圖書股份有限公司，1992年。
[20]鄭玉南，「返馳式轉換器緩振電路研究」，國立台灣科技大學電子工程系碩士論文，民國95。年
[21]王釗桴，「單級雙變壓器主動箝位返馳式轉換器研製」，國立台灣科技大學電子工程系碩士論文，民國99年。
[22]顏至良，「主僕式準諧振返馳式轉換器之研製」，國立台灣科技大學電子工程系碩士論文，民國97年。
[23]N. Cyr, “A 75W TV power supply operating in quasi-square wave resonant mode using the NCP1207 controller,” On Semiconductor, AND8145/D.
[24]陳宏安，「戶外交接箱饋電系統之研製」，國立台灣科技大學電子工程系碩士論文，民國98年。
[25]M. G. Kim and Y. S. Jung, “An improved two-switch flyback converter with regenerative clamping,” Intermational Journal of Electronics, 2009.
[26]黃敏隆，「具再生箝制之高功因充電器研製」，國立成功大學電機工程學系碩士論文，民國92年。
[27]Fairchild Semiconductor, “FAN6920MR, Intergrated Critical-Mode PFC and Quasi-Resonant Current-mode PWM Controller,” datasheet, 2010.
[28]Fairchild Semiconductor, “AN-6920MR, Intergrated Critical-Mode PFC/ Quasi-Resonant Current-mode PWM Controller FAN6920,” application note, 2010.