臺灣博碩士論文加值系統

交換式電源供應器(Switching Mode Power Supply,簡稱SMPS)市面上廣泛的在應用，本文提出零電壓切換主動箝位隔離式Zeta升降壓型電源轉換器電路製作與分析，為了減少變壓器體積使用高頻切換，本論文利用變壓器和主功率開關的寄生元件及輔助開關和箝位電容所構成的諧振電路來達到零電壓切換之目的，以減少交換損失、交換雜訊、及過高的峰值電壓應力，避免傳統硬切脈波寬度調變使用高頻切換所產生的問題，進而提高轉換器整體效率。
本文所實作之零電壓切換主動箝位隔離式Zeta升降壓型電源轉換器之優點與傳統硬切脈波寬度調變Zeta型電源轉換器之分析均有詳細說明。為提高輸出電流，電路使用二個輸出變壓器二次側作並聯應用，由於無效責任週期隨負載變大，因此儲能電感 及導通比(Duty)必須做適當調整。此實驗證明Zeta型轉換器更適合輸出在大電流之下運作。有關Zeta型轉換器動作原理和實驗結果將於本文中描述和討論。

Switching Mode Power Supplies (SMPS) are widely used in business market. The system analysis, circuit design and implementation of an active-clamp isolated Zeta converter with buck-boost type are presented in the paper. Active clamp circuit is used in the conventional isolated Zeta converter to recycle the energy stored in the leakage inductor and magnetic inductor of transformer. The resonant circuit including the leakage inductor and magnetic inductor of transformer, parasitic capacitors of main power switch and a clamp capacitor can achieve ZVS turn-on condition. Therefore hard-switching converter high switching losses, noise and high voltage stress in the conventional hard switching converter can be improved.
The Performance of the proposed isolated Zeta converter with buck-boost type of active clamp is compared with conventional hard-switching Zeta converter in the paper. The experiments verify the effectiveness of the proposed Zeta converter.

中文摘要----------------------------------------i
英文摘要---------------------------------------ii
誌謝-------------------------------------------ii
目錄-------------------------------------------iv
表目錄----------------------------------------vii
圖目錄---------------------------------------viii
符號說明---------------------------------------xi
第一章 緒論------------------------------------1
1-1 研究動機--------------------------------1
1-2 研究內容與貢獻--------------------------1
1-3 本文結構--------------------------------2
第二章 軟切技術與硬性切換介紹------------------3
2-1 軟切技術發展的背景----------------------3
2-2 高頻切換產生的損失----------------------3
2-3 硬切技術與軟切技術之分別----------------4
2-3-1 硬切技術與軟切技術的電路工作模式--4
2-4 柔性切換技術的種類介紹------------------5
第三章 變壓器磁導特性及參數分析----------------7
3-1 變壓器之鐵心參數介紹--------------------7
3-1-1 場效應作用------------------------7
3-1-2 磁通量與磁通密度 之關係-----------7
3-1-3 磁場強度 與通以電流導線之關係-----8
3-1-4 導磁材料中磁通密度與磁場強度相互係8
3-1-5 變壓器的氣隙與切換頻率之關係------9
3-1-6 磁性材料之導磁係數---------------10
3-2 變壓器鐵心材料的選擇-------------------10
3-3 變壓器的損失---------------------------11
3-3-1 銅損的產生原因-------------------11
3-3-2 鐵損的產生-----------------------11
3-3-3 變壓器之漏感---------------------12
3-3-4 變壓器之漏感量測方法-------------12
3-3-5 變壓器磁化電感之量測方法---------12
第四章 脈波寬度調變隔離式Zeta型電力轉換器之電路 分析14
4-1 使用PWM切換之傳統隔離式Zeta電力轉換器--14
4-2 傳統隔離式Zeta型電力轉換器電路動作原理-15
4-2-1 轉換器在主開闢 導通階段之動作分-15
4-2-2 轉換器在主開闢 截止階段之動作分-16
4-3 隔離式Zeta型電力轉換器電路方程式分析---17
4-4 電力轉換器相關元件規格設計-------------22
4-4-1 輸出電感 之設計------------------22
4-4-2 磁化電感 之設計------------------23
4-4-3 輸出濾波電容之設計---------------23
第五章 主動箝位技術與零電壓切換之分析---------25
5-1 隔離式Zeta型電力轉換器被動式復磁方法電路之介紹-----------------------------------------25
5-2 隔離式Zeta型電力轉換器主動式箝位電路之介紹---------------------------------------------27
5-2-1 隔離式Zeta型主動式箝位電路之優缺點------------------------------------------------27
5-2-2 隔離式Zeta型主動式箝位電路之改良演------------------------------------------------28
5-2-3 典型隔離式主動式箝位Zeta型電路---29
第六章 零電壓切換主動箝位Zeta升降壓型電力轉換器之架構分析-------------------------------------31
6-1 隔離式主動箝位零電壓切換Zeta型轉換器電路架構-------------------------------------------31
6-1-2 電路動作原理簡述-----------------33
6-2 Zeta型電力轉換器電路時序動作分析-------34
6-2-1 模式一分析如下: ( 〜 )-----------35
6-2-2 模式二分析如下: ( 〜 )-----------37
6-2-3 模式三分析如下: ( 〜 )-----------41
6-2-4 模式四分析如下: ( 〜 )-----------44
6-2-5 模式五分析如下: ( 〜 )-----------47
6-2-6 模式六分析如下: ( 〜 )-----------48
6-2-7 模式七分析如下: ( 〜 )-----------51
6-2-8 模式八分析如下: ( 〜 )-----------52
6-3 轉換器元件規格設計要點分析-------------54
6-3-1 儲能元件原理分析-----------------54
6-3-2 零電壓切換條件方程式之推導-------57
6-3-3 諧振頻率及最小電感的選擇---------58
6-3-4 高頻變壓器的選擇-----------------59
6-3-5 鐵心材料的選用-------------------61
6-3-6 變壓器磁化電感 之求得------------63
6-3-7 功率開關元件選用規格------------64
6-3-8 輸出濾波電感 元件選用規格-------64
6-3-9 二極體、之選用------------------67
6-3-10 儲能交漣電容之選用--------------68
6-3-11 輸出濾波電容 之設計-------------68
6-4 零電壓切換主動箝位Zeta升降壓型電力轉換器之實驗結果-71
6-4-1 實驗波形分析--------------------72
第七章 結論建議-------------------------------84
參考文獻---------------------------------------85
附件一 Zeta升降壓型電力轉換器實作硬體電路實體照片---------------------------------------------86

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