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研究生:陳彥州
研究生(外文):Yan-Zou Chen
論文名稱:具功因修正之零電壓轉移昇壓型轉換器之研製
論文名稱(外文):Development of The Boost Converter with Power Factor Correction of the Zero-Voltage Transfer
指導教授:李榮乾李榮乾引用關係
指導教授(外文):Jung-Chien Li
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:功率因數零電壓轉移
外文關鍵詞:power factorzero-voltage transfer
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本論文主要研製具功因修正之零電壓轉移昇壓型轉換器,此架構兼具零電壓切換與功因修正之特點。傳統離線式電源其前端為一較大的電容及電感,對於整體線路上及設備端功率因數並沒有較大的改善,一般離線式電源功因約在0.6至0.7之間。而零電壓轉移昇壓型轉換器具有較小的電容以及電感,體積比較小,卻具有良好的電氣特性,所設計之功因修正電路以實驗結果證明柔切技術確實可以降低開關損失、提高工作效率。
This thesis developed the boost converter with power factor correction of the zero-voltage transfer, this architecture combines the characteristics of zero voltage switching and power factor correction. Traditional off-line power its front-end for a larger capacitance and inductance, for the overall circuit and device-side power factor and greatly improved off-line power power factor of about 0.6 to 0.7. Transfer and zero-voltage boost converter with smaller capacitors and inductors, the volume is relatively small, but it has good electrical characteristics, the design of power factor correction circuit, experimental results show that the soft switching technology to actually reduce the switching losses, improve work efficiency.
目錄

中文摘要…………………………………………………………………I
英文摘要………………………………………………………………II
誌謝……………………………………………………………………III
目錄……………………………………………………………………IV
圖表目錄……………………………………………………………VIII
第一章 緒論……………………………………………………………1
1-1研究背景……………………………………………………1
1-2 研究目的…………………………………………………2
1-3 研究方法…………………………………………………2
1-4 論文大綱…………………………………………………3

第二章 功率因數修正器之架構與原理………………………………4
2-1 功率因數定義……………………………………………4
2-2 功率因數修正技術……………………………………… 7
2-3 主動功因修正控制模式………………………………… 9
第三章 切換式電源轉換器之基本原理………………………………14
3-1 降壓式轉換器(buck converter)之工作原理……………15
3-1-1 開關工作於連續導通模式………………………16
3-1-2 降壓式轉換器之優點……………………………19
3-1-3 降壓式轉換器之缺點……………………………20
3-2 昇壓式轉換器(boost converter)之工作原理…………23
3-2-1 開關工作於連續導通模式…………………………23
3-2-2 昇壓式轉換器的特點………………………………25
3-3 降昇壓式轉換器(buck-boost converter)之工作原理………………………………………………………25
3-3-1 開關工作於連續導通模式…………………………26
3-3-4 昇降壓式轉換器之特點……………………………28
3-4 零電壓切換轉換器………………………………………29
第四章 具功因修正零電壓昇壓轉換器理論分析…………………33
4-1 零電壓轉移技術……………………………………………33
4-1-1 零電壓轉移昇壓型轉換器功率級…………………34
4-1-2 ZVT 動作時序分析………………………………37
4-1-3 控制電路需求………………………………………39
4-2 控制電路設計原理………………………………………40
4-2-1比較UC3855 A/B和UC3854 A/B……………………40
4-2-2 振盪器(Oscillator) ………………………………42
4-2-3 零電壓轉移控制電路………………………………42
4-2-4 閘極驅動…………………………………………43
4-3 乘法器/除法器電路………………………………………44
4-4 電流合成器(Current Synthesizer) ……………………47
4-5 電流感測(Current Sensing) ……………………………48
4-5-1 比流器(Current Transformer,CT) ……………48
4-5-2 電阻感測(Resistive Sensing) …………………50
4-6 電流差值放大器(Current Error Amplifier) …………51
4-7 電壓差值放大器(Voltage Error Amplifier) …………53
4-8 保護電路(Protection Circuitry) ……………………53
4-8-1 OVP/Enable…………………………………………53
4-8-2電流極限(Current Limit) ………………………54
4-9 軟啟動(Soft Start) ………………………………………54
第五章 具功因修正零電壓昇壓轉換器之設計……………………55
5-1 具功因修正零電壓昇壓轉換器電路之參數設計…………55
5-2 主功率級設計………………………………………………56
5-2-1電感的設計………………………………………56
5-2-2 主開關及昇壓二極體……………………………56
5-3 零電壓轉移電路…………………………………………57
5-3-1共振電感…………………………………………57
5-3-2共振電容(Resonant Capacitor) ……………59
5-3-3零電壓轉移開關………………………………60
5-3-4 ZVS電路………………………………………61
5-4 震盪頻率………………………………………………61
5-5 Multiplier/Divider電路……………………………61
5-5-1 計算Vrms分壓電阻……………………………61
5-5-2 計算IAC電阻…………………………………62
5-5-3 計算Rimo………………………………………62
5-6 電流合成器……………………………………………62
第六章 實驗結果波形量測…………………………………………63
6-1 實驗設備………………………………………………63
6-2 電路波形量測…………………………………………63
6-3 實驗結果………………………………………………65
第七章 結論與未來可改善之方向…………………………………68
7-1 結論……………………………………………………68
7-2未來可改善之方向……………………………………68
參考文獻………………………………………………………………70


圖表目錄
圖2-1電壓、電流基頻成分圖……………………………………………5
圖2-2 (a)LC濾波器(b)π型濾波器……………………………………8
圖2-3昇壓式功率因數修正器輸入電流模式(a)不連續電流模式(DCM) (b)連續電流模式(CCM) (c)邊界電流模式BCM)………………11
圖2-4平均電流控制法波形……………………………………………11
圖2-5尖峰電流控制法波形……………………………………………12
圖2-6磁滯電流控制法波形……………………………………………12
圖3-1基本降壓式轉換器電路…………………………………………15
圖3-2降壓式轉換器工作模式1等效電路……………………………17
圖3-3基本降壓式轉換器之各項輸出波形……………………………17
圖3-4降壓式轉換器工作模式2等效電路……………………………19
圖3-5開關切換損失與EMI示意圖……………………………………21
圖3-6切換式轉換器開關之vk-ik切換路徑圖………………………22
圖3-7基本昇壓式轉換器………………………………………………23
圖3-8昇壓式轉換器之工作狀態………………………………………24
圖3-9基本昇降壓式轉換器……………………………………………26
圖3-10昇降壓式轉換器之電路工作狀態……………………………27
圖3-11零電壓切換轉換器電路架構…………………………………30
圖3-12零電壓切換昇壓型轉換器操作等效電路……………………30
圖3-13零電壓切換昇壓型轉換器波形圖……………………………31
圖4-1零電壓轉移昇壓型轉換器電路架構……………………………34
圖4-2 ZVT電路動作時序………………………………………………35
圖4-3零電壓轉移昇壓型轉換器操作電流路徑圖……………………36
圖4-3零電壓轉移昇壓型轉換器操作電流路徑圖(續)………………37
圖4- 4 ZVT控制波形……………………………………………………40
圖4-5零電壓轉移昇壓型轉換器電路控制架構………………………42
圖4-6 ZVS感測電路……………………………………………………44
圖4-7 VRMS電路………………………………………………………46
圖4-8電流感測電路……………………………………………………49
圖4-9電阻感測電路……………………………………………………50
圖4-10箝位電路………………………………………………………53
圖6-1主開關之切換實驗波形…………………………………………64
圖6-2昇壓二極體之切換軌跡(實驗圖)………………………………65
圖6-3圖6-3 Vin ,Iin實測波形…………………………………………66
圖6-4輸出功率與效率之實測變化曲線(Vin=220V)…………………66
圖6-5輸出功率與功因之實測變化曲線(Vin=220V)…………………67
圖6-6輸入電壓與總諧波失真之實測變化曲線(滿載時) …………67

表目錄
表2-1主動式、被動式功因修正技術比較………………………………9
表2-2電流模式控制之比較……………………………………………13
表4-1 UC 3855 A/B與UC 3854 A/B……………………………………41
表5-1 PFC參數設計值…………………………………………………55
表6-1實驗設備…………………………………………………………63

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