臺灣博碩士論文加值系統

本論文提出一種提高同步整流降壓式轉換器輕載效率的控制策略。同步整流控制技術是適合於直流低壓輸出的應用，因為將輸出整流器的二極體以MOSFET取代，具有較低導通損失，可提升整體電路的效率。但是此技術在輕載條件的效率較差。本文所提供的控制技術可使得同步整流降壓式轉換器在輕載條件時，具有準諧振波谷切換以提高輕載效率。而且利用電容的充放電電壓漣波來模擬電感電流漣波，不需要任何的電流感測器，就可以判斷電感電流的零點位置。具有低成本和控制簡單等優點。一組輸出電壓5V、以判斷電感電流的零點輸出功率25W具有同步整流技術的降壓式轉換器架構被發展出來，並確認了本文所提技術的可能性，驗證所提控制策略之可行性。

This study proposes a novel way to improve the efficiency of buck converter with synchronous rectification at light load. Since the diode of rectifier is replaced by MOSFET, which reduces the conduction losses and improves the efficiency of the electric circuit, the technique of synchronous rectifier is frequently applied in DC low voltage output. However, the efficiency of synchronous rectifier at light load is unsatisfying. The control scheme proposed by this paper features quasi-resonant valley switching and is therefore able to improve the light load efficiency. Furthermore, capacitor charge and discharge voltage ripple is used to simulate inductor current ripple. In this way, the zero point of inductor current can be located without any current sensor. It is low-cost and easy to operate. A set of buck converter with synchronous rectification at output voltage of 5V and zero point for inductor current, output power of 25W is thus developed and confirms the feasibility of the control scheme. The experimental result is satisfying.

摘要..........i
Abstract..........ii
誌謝..........iii
目錄..........iv
表目錄..........viii
圖目錄..........ix
第一章 緒論..........1
1.1前言..........1
1.2研究動機..........2
1.3文獻回顧..........3
1.3.1專利回顧..........5
1.4章節介紹..........9
第二章 降壓式轉換器簡介..........10
2.1切換式電源供應器..........10
2.1.1電源供應器之基本分類..........10
2.2切換式電源電路簡要分析..........13
2.2.1切換式電源供應器的回授控制..........14
2.3降壓式轉換器簡介..........16
2.3.1降壓式轉換器之基本工作原理..........17
2.3.2降壓式轉換器之導通模式..........20
2.3.3輸出電壓漣波..........25
第三章 同步整流降壓式轉換器..........27
3.1同步整流電路技術..........27
3.2同步整流降壓式轉換器之電路架構..........28
3.2.1固定工作頻率不連續導通模式..........28
3.3同步整流的優缺點..........32
3.4波谷切換..........32
第四章 系統控制策略..........35
4.1電流偵測電阻感測電感電流..........36
4.2霍爾電流感知器感測電感電流..........37
4.3電容電壓模擬感測電感電流..........38
4.3.1電容電壓模擬電感電流..........39
4.3.2關閉同步整流開關..........42
4.3.3控制機制停止..........43
4.4變頻控制..........45
4.4.1波谷切換控制..........46
第五章 系統架構與設計分析..........48
5.1控制IC介紹..........48
5.1.1TL494之IC介紹..........48
5.1.2半橋式驅動IC介紹..........52
5.2同步整流降壓式轉換器設計..........54
5.2.1電源規格..........54
5.2.2電感值設計..........54
5.2.3電容值設計..........56
5.2.4主開關與同步整流開關之決定..........56
5.3控制策略電路設計..........57
5.3.1電容電壓模擬電感電流電路設計..........57
5.3.2控制機制停止電路設計..........59
5.3.3波谷切換控制電路設計..........60
第六章 實驗結果..........62
6.1同步整流降壓式轉換器實測波形..........62
6.2控制策略應用於同步整流降壓式轉換器實測波形與分析..........65
6.2.1電容電壓模擬電感電流應用於同步整流降壓式轉換器..........65
6.2.2波谷切換控制應用於同步整流降壓式轉換器..........69
6.2.3控制策略電路之量測波形..........70
6.2.4波谷切換量測..........73
6.2.5輸出漣波..........73
6.3效率分析與結果..........74
第七章 結論與未來展望..........78
7.1結論..........78
7.2未來展望與建議..........78
參考文獻..........80
Extended Abstract..........84
簡歷..........88

[1].Mohan, Undeland, Robbins/原著；江炫樟/編譯，“電力電子學”，第三版，台北，全華圖書，民國九十二年。
[2].莊宗諺，“並聯式同步整流返馳式轉換器之研製”，國立虎尾科技大學機械與機電工程研究所，民國一百年。
[3].A. I. Pressman, “Switching Power Supply Design,” Sencond Edition, McGraw-Hill,1998.
[4].吳健銘，“降壓同步倍流整流半橋轉換器之研究”，國立成功大學大學電機工程系碩士班，民國九十三年。
[5].蘇孝傑，“降壓式零電流切換轉換器之分析與設計”，國立海洋大學電機工程系碩士班，民國九十八年。
[6].Nobuhiko Yamashita,Naoki Murakami,and Toshiaki Yachi, “Conduction Power Loss in MOSFET Synchronous Rectifier with Parallel-Connected Schottky Barrier Diode, ”IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 13, NO. 4,pp.667-673, July 1998.
[7].Xunwei Zhou, Member ,Mauro Donati, Luca Amoroso, and Fred C. Lee, “Fellow,Improved Light-Load Efficiency for Synchronous Rectifier Voltage Regulator Module,”IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 15, NO. 5,pp.826-834,September 2000.
[8].謝煜民，“同步整流電路的逆流現象之研究”，義守大學電機工程學系碩士班，民國九十三年。
[9].劉堂傑，“同步降壓型直流對直流轉換器效率改善之研究”，逢甲大學電子工程學系碩士班，民國九十五年。
[10].劉力豪，“順向轉換器同步整流驅動電路之研製”，大葉大學電機工程學系碩士在職專班，民國九十六年。
[11].紀曉樺，“低待機功率損耗與高效率的同步整流電力轉換器之研究”，逢甲大學資訊電機工程學系碩士在職專班，民國九十七年。
[12].Jian-Min Wang, Sen-Tung Wu, and Gwan-Chi Jane, “A Novel Control Scheme of Synchronous Buck Converter for ZVS in Light-Load Condition,”IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 26, NO. 11,pp.3265-3273, November 2011.
[13].Micosoft Windows Embedded http://www.microsoft .com/taiwan/windows/embedded/ce/
[14].王冠盛，“同步整流順向轉換器的製作及特性改善”，國立臺灣科技大學電機工程系碩士班，民國九十五年。
[15].N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robbins, “Power Electronics: Converter, Applications and Design,”John Wiley and Sons, 1995.
[16].Abraham I. Pressman,“Switching Power Supply Design（Second Edition）,” McGraw-Hill, New York, 王志強等譯，開關電源設計，電子工業出版社，北京，2006年。
[17].R. W. Erickson and D. Maksimovic,“Fundamentals of Power Electronics and Edition, ” Kluwer Academic Publishers, 2000.
[18].柯欣欣，“使用高精準度電流偵測技巧之高轉換效能同步互補式金氧半降壓切換是穩壓器”，國立中央大學電機工程學系碩士班，民國九十六年。
[19].Abraham I. Pressman, “Switching Power Supply Design,” McGraw-Hill international, Taiwan, 1999.
[20].Y. S. Lee, “Computer-aided analysis and Design of Switch-Mode Power Supplied,” Marcel Dekker, New York, 1985.
[21].R. Severn, G. Bloom, “Modern dc-to-dc switch mode power converter circuit,”Van Nostrand Reinhold, New York, 1985.
[22].EPARC著，“電力電子學綜論”，初版，台北，全華圖書，民國九十六年。
[23].李書正，“交錯式同步整流降壓式轉換器的研製”，國立臺北科技大學電機工程系電力電子產業研發碩士班，民國九十七年。
[24].International Rectifier “Automotive MOSFET IR2104 HEXFET Power MOSFET”datasheet.
[25].江成忠，“具同步整流輸出之返馳式轉換器”，中原大學電機工程學系碩士班，民國九十五年。
[26].Laszlo Huber, Brian T. Irving, and Milan M. Jovanovi’c, Fellow, “Effect of Valley Switching and Switching-Frequency Limitation on Line-Current Distortions of DCMCCM Boundary Boost PFC Converters, ”IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 24, NO. 2,pp.339-347, February 2009.
[27].陳彥捷，“雙模式控制返馳式轉換器最佳化設計”，國立台灣科技大學電子工程學系碩士班，民國一百年。
[28].Texas Instruments “2006 Portable Power Circuit Design Seminar”technique books, May,2005.
[29].黃健淳，“250W局部零電壓切換準諧振升壓型功率因數修正器之研製”，國立台灣科技大學電子工程學系碩士班，民國九十八年。
[30].Jian-Min Wang, Sen-Tung Wu,Yanfeng Jiang, and Huang-Jen Chiu, “A Dual-Mode Controller for the Boost PFC Converter,”IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 58, NO. 1,pp.369-372, January 2011.
[31].Texas Instruments Incorporated “TL494 Pulse-Width-Modulation Control Circuits” SLVS074E,January,1983-Revised February 2005.
[32].Texas Instruments Incorporated “Designing Switching Voltage Regulators With the TL494” Patrick Griffith, December 2003 -Revised February 2005.