臺灣博碩士論文加值系統

本論文主旨為研製可操作於定電壓/定電流雙輸出模式之全橋相移式串聯諧振直流/直流電源供應器，其以全橋串聯諧振轉換器(Full-Bridge Series Resonant Converter, FB SRC)為主軸，並結合全橋相移電路(Phase-Shifted Full-Bridge Circuit)之特點，討論於定電壓輸出模式下，解決輕載操作時串聯諧振轉換器難以藉由提高切換頻率因而有效調節輸出電壓，以及輸出於定電流控制時，因為高切換頻率所造成的高諧振電感溫升等問題。本論文將介紹各種模式下的電路動作狀態，與分析動作區間之等效電路，並提出結合變頻與定頻相移之創新整合控制策略，最後研製一台規格為750 W(12 V/62.5 A)的全橋相移式串聯諧振轉換器，同時具有輸出定電壓與輸出定電流之整合控制機制，驗證所提之控制功能與理論之可行性。

This thesis focuses on design and control of a phase-shifted full-bridge series-resonant converter (PS-FB SRC) with dual constant current/constant voltage output modes. Based on the FB SRC, the features of the PS FB converter are combined to solve two problems. The output voltage of an SRC is loosely-regulated at light-load conditions since the switching frequency cannot be increased beyond the designated highest frequency. Moreover, the resonant inductor temperature is high because of the high switching frequency at constant current output control mode. The operating principles and equivalent circuits under various modes of the presented converter are analyzed in detail. A new integrated control strategy is proposed by combining the pulse phase modulation (PPM) and pulse frequency modulation (PFM). Finally, a 750 W (12 V/62.5 A) PS-FB SRC with constant-current and constant-voltage control modes is implemented to verify the feasibilities of the theoretical analysis and the control functions.

摘　要 i
Abstract ii
誌　謝 iii
目　錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究動機及目的 1
1.2 論文內容大綱 2
第二章 串聯諧振轉換器原理與簡介 3
2.1 理想R-L-C串聯電路的頻率響應 3
2.2 SRC簡介 5
2.3 LLC-SRC簡介 6
第三章 全橋相移式串聯諧振轉換器 10
3.1 前言 10
3.2 重載主架構狀態原理分析 10
3.2.1 第一能量傳送區間 12
3.2.2 第一諧振區間 13
3.2.3 第一換向區間 14
3.2.4 第二能量傳送區間 16
3.2.5 第二諧振區間 17
3.2.6 第二換向區間 18
3.3 串聯諧振模式之功率級分析 20
3.3.1 值大小對於轉移函數之影響 22
3.3.2 值大小對於轉移函數之影響 24
3.4 輕載主架構狀態原理分析 27
3.4.1 能量傳送區間 28
3.4.2 第一諧振區間 30
3.4.3 零電壓切換區間 31
3.4.4 第二諧振區間 33
3.5 輕載零電壓切換條件分析 35
第四章 開關控制與回授補償 37
4.1 開關切換控制方式 37
4.1.1 輕載開關控制 37
4.1.2 重載開關控制 38
4.2 回授補償介紹 40
4.2.1 補償器類型 40
4.2.2 補償器設計選擇 43
第五章 輸出定電壓與定電流整合設計 44
5.1 轉換器回授控制方式 44
5.2 輸出定電壓回授控制 45
5.3 輸出定電流回授控制 47
5.4 定電壓與定電流整合策略 48
5.4.1 相移調變回授信號之整合 48
5.4.2 完整回授控制與時序說明 49
第六章 電路規格與設計實例 52
6.1 電路規格制訂與設計 52
6.1.1 功率開關晶體 52
6.1.2 諧振元件設計 53
6.1.3 變壓器設計 56
6.1.4 輸出整流濾波電路設計 57
6.2 UC3879控制IC介紹 59
6.2.1 IC內部方塊圖與腳位說明 59
6.2.2 工作頻率設計 60
6.2.3 死區時間設計 61
6.2.4 電源部分設計 61
第七章 實測波形與數據分析 62
7.1 實測波形 63
7.2 數據分析 69
7.2.1 效率數據 69
7.2.2 輸出電壓與電流曲線圖 70
7.2.3 諧振電感溫度數據 70
第八章 總結與未來展望 72
8.1 總結 72
8.2 未來展望 72
參考文獻 74

[1]陳連春，交換式電源技術手冊，台北：建興出版社，2006年。(原著：原田耕介)
[2]梁適安，交換式電源供給器之理論與實務設計，第二版，台北：全華圖書，2008年。
[3]EPARC，電力電子學綜論，第二版，台北：全華圖書，2008年。
[4][4]F. C. Lee, “High-frequency quasi-resonant and multi-resonant converter technologies,” in Proc. IEEE IECON, 1988, pp. 509-521.
[5]K. H. Liu and F. C. Y. Lee, “Zero-voltage switching technique in DC/DC converters,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 5, no. 3, pp. 293-304, July 1990.
[6]C. M. Wang, “A new family of zero-currnet-switching (ZCS) PWM converter,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 52, no. 4, pp. 1117-1125, Aug. 2005.
[7]J. Feng, Y. Hu, W. Chen, and C. C. Wen, “ZVS analysis of asymmetrical half-bridge converter,” in Proc. IEEE PESC, 2001, pp. 243-247.
[8]G. C. Hsieh, J. C. Li, J. P. Wang, T. F. Hung, and M. H. Liaw, “A study on full-bridge zero-voltage-switch PWM converter: design and experimentation,” in Proc. IEEE IECON, 1993, pp. 1281-1285.
[9]顏上進，串聯諧振轉換器輕載調製策略之研究，國立台灣科技大學電子工程系研究所博士論文，2006年。
[10]林景源，適用於大範圍附載變化之電源供應器研製，國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文，2003年。
[11]謝明琮，適合全範圍操作之全橋相移式串聯諧振直流/直流轉換器研製，國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文，2010年。
[12]張又中，具高效率與優異維持時間特性全橋相移式零電壓切換轉換器之研製，國立台灣科技大學電子工程系研究所碩士論文，2011年。
[13]吳義利，切換式電源轉換器：原理與實用設計技術(實例設計導向)，台北：文笙書局，2012年。
[14]L. Balogh, The New UC3879 Phase-Shifted PWM Controller Simplifies the Design of Zero Voltage Transition Full-Bridge Converters, Unitrode Inc., Product &; Applications Handbook, 1997.
[15]J. W. Baek, J. G. Cho, D. W. Yoo, G. H. Rim, and H. G. Kim, “An improved zero voltage and zero current switching full bridge PWM converter with secondary active clamp,” in Proc. IEEE PESC, 1990, pp. 162-172.
[16]M. K. Kazimierczuk and D. Czarkowski, “Phase-controlled series-parallel resonant converter,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 8, no. 3, pp. 309-319, July 1993.
[17]Y. K. Lo and K. J. Pai, “Feedback design of a piezoelectric transformer-based half-bridge resonant CCFL inverter,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 5, pp. 2716-2723, Oct. 2007.
[18]Y. K. Lo, C. Y. Lin, M. T. Hsieh, and C. Y. Lin, “Phase-shifted full-bridge series-resonant DC-DC converters for wide load variations,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 58, no. 6, pp. 2572-2575, June 2011.
[19]B. R. Lin, K. Huang, and D. Wang, “Analysis and implementation of full-bridge converter with current doubler rectifier,” IEE Proceedings on Electric Power Applications, vol. 152, no. 5, pp. 1193-1202, Sept. 2005.
[20]Texas Instruments, UC3879 Phase-Shift Resonant Controller, Datasheet, 1999.