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研究生:陳郁仁
研究生(外文):CHEN, YU-JEN
論文名稱:雙向諧振式LLC轉換器之研製
論文名稱(外文):Study and Implementation of a Bi-directional Resonant LLC Converter
指導教授:歐勝源
口試委員:王見銘賴炎生
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電力電子產業研發碩士專班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:104
中文關鍵詞:諧振式轉換器、雙向轉換器、零電壓切換、零電流切換、同步整流技術
外文關鍵詞:Resonant converterBidirectional LLC converterZero-voltage switchingZero-current switchingSynchronous rectification
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本論文主要為研製一台雙向諧振式LLC轉換器。所採用架構為全橋串聯諧振轉換器,結合功率開關零電壓切換及零電流切換以減少系統損耗,其中並使用同步整流技術,藉以進一步提升轉換器整體效率,而所採用的控制策略則以頻率調變方式,達到零電壓、零電流切換和雙向穩壓之目的。論文中依序分析串聯與並聯諧振之原理,並介紹及比較LLC與SRC之諧振點,乃至於說明電路時序分析、諧振槽分析、元件設計以及變壓器設計等。
本論文所研製之雙向諧振式LLC轉換器規格為380V與24V雙向輸出且滿載輸出功率480W,其中並使用德州儀器公司所生產之數位訊號處理器TMS320F28035為控制核心,藉以實現頻率調變、同步整流與雙向穩壓之目的。在本論文中,實際電路之實測結果可驗證各項理論與分析,最後並研擬未來研究方向。
This thesis is about a bi-directional resonant LLC converter which uses a topology of full-bridge series-resonant to achieve zero-voltage switching and zero-current switching for switching loss restraint using the frequency modulation control. In order to increase efficiency, the synchronous rectification technique is utilized in the implemented bidirectional LLC resonant. In this thesis, the resonant circuit design and associated circuit theory are also illustrated.
The implemented bi-directional resonant LLC converter specifies that the maximum power is 480W, the bidirectional output voltages are 24V and 380V respectively. A DSP TMS320F28035 is used to perform the required synchronous rectification and frequency modulation control to regulate bidirectional voltage. Finally, experimental results measured from the implemented bidirectional resonant LLC converter can conduct the theoretical analysis in this thesis.
目 錄

摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
圖目錄 vii
表目錄 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 論文內容與大綱 3
第二章 諧振轉換器原理 4
2.1 理想RLC串聯電路 4
2.2 負載諧振式轉換器 4
2.2.1 開關諧振式轉換器 5
2.2.2 諧振式直流鏈轉換器 5
2.2.3 高頻鏈整半週轉換器 5
2.3 R-L-C串聯電路阻抗與頻率之分析 5
2.4 R-L-C並聯電路阻抗與頻率之分析 8
2.5 傳統諧振式LLC轉換器之動作原理 10
2.5.1 Region-1之動作原理 11
2.5.2 Region-2之動作原理 13
2.6 Region-1與Region-2之比較 14
第三章 雙向諧振式LLC轉換器狀態分析 16
3.1 雙向諧振式LLC轉換器降壓模式之動作分析 17
3.2 雙向諧振式LLC轉換器升壓模式之動作分析 21
第四章 轉換器電路設計考量 27
4.1 雙向諧振式LLC轉換器設計 27
4.1.1 一次側MOSFET功率開關 27
4.1.2 二次側MOSFET功率開關 28
4.1.3 輸出電容設計 28
4.1.4 同步整流技術 29
4.2 雙向諧振式LLC轉換器降壓模式諧振槽之分析 29
4.2.1 Qo2值大小對於增益曲線的影響 30
4.2.2 K值大小對於增益曲線的影響 32
4.2.3 降壓模式輸出電流Io2對於增益曲線的影響 33
4.3 雙向諧振式LLC轉換器升壓模式諧振槽之分析 34
4.4 諧振元件設計與流程圖 37
4.4.1 變壓器設計與製作 37
4.4.2 計算Lr、Lm與Cr之值 38
4.4.3 雙向諧振式LLC轉換器設計流程 39
4.5 數位處理器TMS320F28035介紹與設計 41
4.5.1 TMS320F28035簡介 42
4.5.2 軟體主程式流程與軟體中斷服務副程式流程 43
第五章 電路實作結果 45
5.1 雙向諧振式LLC轉換器降壓模式之實測波形 46
5.2 雙向諧振式LLC轉換器升壓模式之實測波形 50
5.3 效率量測 54
第六章 結論與未來展望 57
6.1 結論 57
6.2 未來發展方向 58
參考文獻 60
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