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研究生:廖俐媛
研究生(外文):Li-Yuan Liao
論文名稱:雙組諧振式主動箝位順向/返馳式轉換器研製
論文名稱(外文):Study and Implementation of a Dual-Resonant Active-Clamp Forward/Flyback Converter
指導教授:邱煌仁謝耀慶
指導教授(外文):Huang-Jen ChiuYao-Ching Hsieh
口試委員:邱煌仁謝耀慶
口試委員(外文):Huang-Jen ChiuYao-Ching Hsieh
口試日期:2015-07-20
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電子工程系
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:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:高升壓比主動箝位順向/返馳式
外文關鍵詞:high-stepactive-clampforward/flyback
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  本文研製一高效率、高升壓比隔離型之直流轉換器,改善多數傳統再生能源系統之直流轉換器效率和電路壽命不佳的問題。一般而言,再生能源系統之輸入端為低電壓輸入模組如燃料電池、太陽能系統等,系統中必須有一高升壓倍率之直流轉換器將模組能源輸出轉換至高壓,以利於再生能源後續的利用。然而,傳統升壓型直流轉換器因為電路中存在寄生元件,使得電路之高升壓倍率、高效率難以實現。此外,為了符合相關電器安全性規範,在再生能源系統中之升壓轉換器必須同時具備隔離的特性,額外的變壓器損耗更是讓電路效率受到嚴格的考驗,是目前多數再生能源系統需要克服的條件之一。對此,本文提出一雙組諧振式主動箝位順向/返馳式之電路架構,其工作模式結合順向式與返馳式轉換器之電路概念,提高變壓器利用率,並且在傳遞激磁電感能量的同時加入諧振成分,使得電路開關之零電壓切換範圍增加、次級側二極體可達到零電流截止,過程僅需改變諧振元件的參數,維持定頻脈波寬度調變操作簡單特性;另外,因為電路雙組輸出低電壓漣波的特性,有助於電路無電解電容的實現。文中針對此電路架構進行電路分析,提出設計考量,並以電路模擬軟體Powersim作分析,最後實作一台250W雛型電路來驗證理論。
  This thesis aims to study and implement an isolated high step-up converter that improves the efficiency and durability that plagues the conventional DC-DC converters for renewable energy sources. Generally, the input, such as photovoltaic arrays and the fuel cell stacks, of the above mentioned converters are generally of low voltages. Thus, a high voltage step-up converter is required to boost the voltage a higher voltage level for the front-end applications. However, the efficiency and voltage gain of conventional DC-DC step-up converters are limited due to the parasitic components. Furthermore, galvanic isolation is a common requirement for such converters, further degrading the efficiency due to the added transformer. In order to solve the above mentioned problems, this thesis proposes a dual-resonant active-clamp forward/flyback converter. This topology is a combination of forward converter and flyback converter, while increasing the utilization of transformer. Moreover, by utilizing the additional inductor to introduce resonance into the circuit, the zero-voltage-switching (ZVS) region of the switches is increased and zero-current-switching (ZCS) turn-off for diodes is achieved. Meanwhile, fixed frequency pulse width modulation (PWM) can be maintained by simply selecting the correct component parameters in the resonant tank. Moreover, the proposed converter has low voltage ripple owing to the parallel connection of two resonant output rectifiers in secondary, facilitating the elimination of electrolytic-capacitors. This thesis first proceeds with the circuit analysis of this proposed topology, then discusses the design considerations. After that, simulation is done with Powersim. Finally, a 250W prototype circuit is implemented to verify the theoretical examination.
摘 要 i
Abstract ii
誌 謝 i
目 錄 i
圖索引 iii
表索引 vii
第一章 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究內容 7
1.3論文章節介紹 8
第二章 高升壓隔離型直流/直流轉換器 9
2.1電流饋入型直流轉換器 9
2.2諧振型直流轉換器 12
2.3耦合電感型直流轉換器 15
第三章 諧振式主動箝位順向/返馳式轉換器 21
3.1諧振式順向/返馳式轉換器介紹 21
3.2諧振式主動箝位順向/返馳式轉換器介紹 27
第四章 雙組諧振式主動箝位順向/返馳式轉換器 38
4.1單組轉換器之電路穩態分析 38
4.2雙組諧振式主動箝位順向/返馳式轉換器 40
4.3電路動作分析 42
4.4電路穩態分析 51
4.5電路特性分析 53
第五章 設計考量 60
5.1變壓器設計 61
5.2諧振元件設計 64
5.3功率級元件設計 67
5.4控制級元件設計 70
第六章 實驗測試結果 77
6.1電路模擬波形 78
6.2電路實測波形 82
6.3電路轉換效率量測 93
第七章 結論與未來展望 96
7.1結論 96
7.2未來展望 96
參考文獻 97
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