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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林侑禾
研究生(外文):Yu-Ho Lin
論文名稱:高效率之切換式電源供應器設計與實現
論文名稱(外文):Design and Implementation of Switching Power Supply with High Efficiency
指導教授:歐勝源
指導教授(外文):Sheng-Yuan Ou
口試委員:劉邦榮王建民
口試日期:2012-01-06
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電資碩士在職專班研究所
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:90
中文關鍵詞:高效率能源之星功率因數修正轉換器半橋式串聯諧振轉換器零電壓切換同步整流
外文關鍵詞:High efficiencyEnergy Starpower factor correctionhalf-bridge series resonant converterzero voltage switchingsynchronous rectification
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本篇論文主要設計與研製一符合高效率白金牌與能源之星規範的300瓦電源供應器。功率因數修正轉換器架構使用平均電流模式,而DC-DC轉換器架構使用半橋式串聯諧振轉換器以產生+12V輸出。半橋式串聯諧振具有零電壓切換的特性,可減少變壓器一次側開關的切換損失,並使用同步整流技術來減少二次側的導通損失。
本論文使用虹冠電子(Champion Microelectronic)之IC CM6502T以及CM6901 為控制器。CM6502T可控制PFC進行二段升壓功能,以智慧控制方式改善輕載與中載效率。而CM6901控制IC可操作在SRC模式下,並具有同步整流技術的功能,配合CM6502T的二段式升壓功能,進一步提升轉換器之效率。再者,所研製之電源供應器使用一返馳式轉換器來提供待機與輔助電源之供給。
最後實際測量實驗數據並驗證本論文之電源供應器系統,其待機效率可滿足能源之星的規範,整體效率以及功率因數可符合白金牌之要求。


The subject of this thesis is to design and implement a 300-watt high efficiency power supply satisfying the Energy Star standard. The used power factor corrector (PFC) is controlled under the average current control mode, and the DC-DC post-regulator is a half-bridge series resonant converter (SRC) to generate the desired +12V output voltage. The half-bridge series resonant has a feature of zero voltage switching (ZVS), which can reduce the switching loss on primary side of the transformer. On the secondary side, the synchronous rectification (SR) technology is used to reduce the conduction loss on secondary side.
In this thesis, ICs CM6502T and CM6901 available from Champion Microelectronic are used as the PWM controller. The control IC CM6502T can be utilized for PFC to perform the required two-step boost voltage function, and significantly improve the efficiency under light-load and half-load situations. The other control IC CM6901 can operate in SRC mode, and execute the synchronous rectification function, in which the unique frequency modulation is used to improve the conversion efficiency. A flyback converter is provided to act as the standby and auxiliary power supply.
Finally, a 300-watt power supply is implemented and the actually measured data are conducted to verify the theoriecal analysis and design. The performance of the implemented power supply can satisfy the Energy Star standard, the measured efficiency and power factor both can confirm with the platinum requirement.


中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究內容 3
1.3 章節內容摘要 5
第二章 主動式功率因數修正器 6
2.1 前言 6
2.2 功率因數與總諧波失真 6
2.3 主動式功率因數修正器之控制模式 10
2.3.1連續導通模式 11
2.3.1.1峰值電流控制法 12
2.3.1.2磁滯電流控制法 13
2.3.1.3平均電流控制法 14
2.3.2不連續導通模式 14
2.4 升壓型功率因數修正器之電路架構 15
第三章 半橋式諧振轉換器 18
3.1前言 18
3.2 R-L-C串聯諧振電路之頻率響應 18
3.3半橋式串聯諧振轉換電路 20
3.3.1 SRC諧振模式 21
3.3.2 LLC諧振模式 22
3.3.3 SRC與LLC之比較 24
3.4半橋式串聯諧振轉換器SRC之操作分析 25
3.5輸出同步整流技術 34
3.5.1 同步整流技術之優點 34
3.5.2 二次側同步整流之控制訊號 35
第四章 全機電源轉換器之電路設計 37
4.1 前言 37
4.2 主動式功率因數修正器設計 37
4.2.1功率因數修正器IC-CM6502T 37
4.2.1.1 CM6502T之接腳說明 37
4.2.1.2 CM6502T之控制說明 39
4.2.1.3功率因數修正器之升壓點設定 40
4.2.2主動式功率因數修正器之電路規格 41
4.2.3電感值計算 42
4.2.4鐵芯材質的選擇 43
4.2.5計算電感圈數 43
4.2.6橋式整流器設計 43
4.2.7功率電晶體的選擇 44
4.2.8輸出二極體的設計 44
4.2.9輸出電容的選擇 44
4.3 半橋式串聯諧振轉換器之設計 45
4.3.1串聯諧振轉換器IC-CM6901 45
4.3.1.1 CM6901之控制說明 46
4.3.2半橋式串聯諧振轉換器之電路規格 48
4.3.3半橋式串聯諧振轉換器之功率開關選擇 48
4.3.4諧振元件設計 49
4.3.4.1 電路操作頻率與電路諧振頻率範圍 49
4.3.4.2 諧振電感值與諧振電容值 49
4.3.4.3 激磁電感值的設計 50
4.3.5變壓器的設計 50
4.3.5.1 一次側最低圈數 50
4.3.5.2 二次側繞組計算 51
4.3.5.3 鐵芯材料的選擇 51
4.3.5.4 一次側激磁電感設計 51
4.3.6輸出同步整流元件選擇 51
4.3.7輸出電容設計 52
4.4 返馳式轉換器之設計 52
4.4.1返馳式轉換器IC TNY279簡介 52
4.4.2返馳式轉換器之電路規格 54
4.4.3返馳式轉換器之功率級元件設計 54
4.4.4返馳式轉換器之變壓器設計 54
4.4.5返馳式轉換器之輸出電容設計 56
第五章 全機電源轉換器之功率損失 57
5.1 前言 57
5.2 功率因數修正器之功率損失 57
5.2.1 橋式整流器之功率損失 57
5.2.2 輸出二極體之功率損失 57
5.2.3 開關晶體之功率損失 58
5.2.4 電感器之功率損失 59
5.2.5 輸出電容之功率損失 59
5.2.6 功率因數修正器之總損失 59
5.3 半橋式串聯諧振轉換器之功率損失 60
5.3.1 同步整流開關晶體之功率損失 60
5.3.2 主變壓器之功率損失 61
5.3.3 諧振電感器之功率損失 61
5.3.4 半橋開關晶體之功率損失 62
5.3.5 半橋式串聯諧振轉換器之總損失 62
5.4 返馳式轉換器之功率損失 63
5.4.1 IC TNY279之功率損失 63
5.4.2 輸出整流二極體之功率損耗 64
5.4.3 變壓器之功率損耗 64
5.4.4 返馳式轉換器之功率損耗 65
第六章 實驗數據與波形 66
6.1 前言 66
6.2 整機電源轉換器之規格 66
6.3 功率因數修正器之實測波形 67
6.3.1 功率因數修正器之輸入波形 67
6.3.2 功率因數修正器之二段式升壓波形 70
6.4 半橋式串聯諧振轉換器之實測波形 73
6.4.1 半橋主開關晶體之電壓波形 74
6.4.2 同步整流晶體之量測波形 75
6.4.3 HB-SRC各負載修件之量測波形 76
6.4.4 PFC輸出電壓對HB-SRC頻率影響 78
6.5 輸出維持時間之量測波形 81
6.6 待機效率量測 82
6.7 PFC輸出電壓對效率影響 83
6.7.1 PFC輸出電壓對SRC之效率影響 83
6.7.2 PFC輸出電壓對整機效率影響 83
6.8 整機效率量測數據 84
第七章 結論與未來展望 87
7.1 結論 87
7.2 未來展望 87
參考文獻 89


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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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