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研究生:黃兆億
研究生(外文):Chao-Yi Huang
論文名稱:應用於整合式個人電腦之高效率切換式電源供應器研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of a High-Efficiency Switching Power Supply for All-in-One (AIO) Type PC
指導教授:歐勝源
口試委員:劉邦榮王見銘
口試日期:2013-01-30
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電機工程系研究所
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:整合式個人電腦80 PlusEuP Lot 6高效率功率因數修正器半橋式串聯諧振轉換器LLC零電壓切換同步整流
外文關鍵詞:AIO PC80 PlusEuP Lot 6High efficiencyPower factor corrector(PFC)LLCZero voltage switchingSynchronous rectification
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本篇論文主要設計與研製應用於整合式個人電腦之薄型化高效率230瓦的電源供應器,其效率須符合80 Plus白金牌規範,輕載能效達到2013 EuP Lot 6規範。
功率因數修正器採用電壓隨耦法控制模式,利用電感電流操作在邊界模式下,具有零電流切換特性,有效降低功率因數修正器的切換損失。直流轉換器部分採用半橋式串聯諧振轉換器,其具有零電壓切換特性,也可有效降低直流轉換器的切換損失。諧振電感採用分離式繞組,讓主感量與諧振感量能自由調整來達到效率最佳化。二次側採用同步整流方式,利用功率晶體取代二極體,藉以降低導通損失。
控制IC採用恩智浦(NXP Semiconductors)的TEA1716T,其將功率因數修正器以及半橋式串聯諧振轉換器的控制訊號整合在一起,可將周邊線路精簡化,達到零件數目最佳化之目的。另外,在極輕載模式下,內建的突發模式(Burst Mode)功能,可提升極輕載下的轉換效率。
最後實際研製一可應用於整合式個人電腦之高效率電源供應器,並量測效率及相關波形,結果證明可符合80 Plus白金牌及2013 EuP Lot 6的輕載能效要求。

The subject of this thesis is to design and implement a 230-watt slim-type high efficiency power supply of which efficiency can match 80 Plus Platinum standard and meet 2013 EuP Lot 6 requirement at light load.
The implemented power supply in this paper comprises two power stages, one is the power factor corrector (PFC) and the other is the DC-DC converter. PFC uses voltage follower control method and has zero-current switching (ZCS) characteristics as operating in boundary current mode (BCM) that can effectively reduce the switching loss of PFC converter to improve the efficiency. The DC-DC converter is constructed with the half-bridge series resonant converter (SRC) topology which contributes zero-voltage switching (ZVS) characteristics can effectively reduce the switching loss of SRC. The resonant inductor takes in use of separate winding, so the main inductance and resonant inductance can be freely adjusted to get the best efficiency. On secondary side, MOSFETs are used instead of the Schottky diodes to further reduce conduction loss.
The control IC TEA1716T is used in the power supply, made by NXP, which integrates the required functions of PFC controller and the SRC controller in one chip and can get lower component count. In addition, the popular burst mode function to improve efficiency more at very light load is built-in this control IC.
Finally, the practical measurement for efficiency and waveforms of the implemented high-efficiency power supply is performed to verify the theoretical analysis and design, the experimental result shows this power supply can match 80 Plus Platinum standard and meet 2013 EuP Lot 6 requirement.


中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
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 論文內容大綱 4
第二章 功率因數修正器原理 5
2.1 功率因素與總諧波失真 5
2.2 諧波電流 7
2.3 功率因數修正器種類 8
2.4 被動式功率因數修正器 9
2.5 主動式功率因數修正器 10
2.5.1 電感電流導通模式 10
2.5.2 電壓隨耦法 11
2.5.3 平均電流控制法 12
2.5.4 磁滯電流控制法 13
第三章 半橋式串聯諧振轉換器 15
3.1 前言 15
3.2 半橋式LLC諧振轉換器工作原理 16
3.2.1 Region 1的動作時序分析 17
3.2.2 Region 2的動作時序分析 23
第四章 同步整流技術 30
4.1 前言 30
4.2 同步整流原理 30
4.3 同步整流架構 32
第五章 電源轉換器之參數設計 34
5.1 前言 34
5.2 轉換器的規格制定與方塊圖 34
5.3 控制晶片介紹與周邊元件設計 35
5.3.1 功率因數修正電路開關機點設計 37
5.3.2 功率因數修正電路升壓點與過電壓保護點設計 39
5.3.3 突發模式(Burst Mode)設計 40
5.4 橋式整流器選用 41
5.5 功率因數修正電路元件參數設計 41
5.5.1 PFC電感 41
5.5.2 PFC切換晶體 43
5.5.3 PFC二極體 44
5.5.4 儲能電容 44
5.6 半橋式串聯諧振轉換器元件參數設計 45
5.6.1 諧振電感、諧振電容 45
5.6.2 切換晶體 51
5.7 同步整流元件參數設計 51
5.7.1 同步整流晶片介紹 51
5.7.2 同步整流功率晶體 53
5.7.3 輸出電容 53
第六章 實驗量測數據與波形 55
6.1 前言 55
6.2 功率因數修正器之實驗與波形 55
6.3 諧波電流之實驗與測量 57
6.4 半橋式串聯諧振轉換器之實驗與波形 59
6.5 整機效率之量測 73
6.6 輕載效率之量測 74
6.7 同步整流之實驗與波形 77
6.8 輸出保持時間 83
第七章 結論與未來展望 86
7.1 結論 86
7.2 未來展望 86
參考文獻 88

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[2]http://proj.ftis.org.tw
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