博碩士論文 107521051 詳細資訊




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姓名 吳侑勁(You-Jing Wu)  查詢紙本館藏   畢業系所 電機工程學系
論文名稱 使用返馳式轉換器實現恆定電壓快速充電
(Flyback converter for fast battery charging)
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摘要(中) 本論文針對快速充電,使用了一種在系統層級低功率的轉換器架構:返馳式轉換器(flyback converter),以市電(110V/60Hz)轉換成直流電(155V)後作為輸入,達到恆定電壓5V、12V和20V的輸出,對外部負載進行充電。
大致上會分成三個部分,從設計電路和每個元件的選用開始,再由模擬佐證計算結果的正確性,最後一步將電路實際使用pcb電路板完成,並且進行量測得出波形,再和模擬結果比較。
電路方面會使用矽(Si)基底和氮化鎵(GaN)基底的金屬氧化物半導體場效電晶體來實現電路,並且比較其中差異,以經驗來說,氮化鎵的體積更小,能夠操作的頻率更高,也能在更高溫更高功率的情況下操作,理想上應能比矽基底的MOSFET獲得更好的操作範圍。
而操作頻率方面,一般的返馳式轉換器操作頻率大約都設計在100KHz或更低,但為了表現出氮化鎵的高頻操作特性,所以本篇文章將會將輸入頻率操作在200KHz,而變壓器也選擇了能夠在高頻率下能夠正常操作,不會因為輸入頻率過高而轉成電容性。
最後本論文以輸入電壓155V,PWM最高操作頻率200KHz,得到輸出電壓20V,功率20W,效率90%
摘要(英) This paper uses a low-power converter architecture for fast charging: a flyback converter, which converts input AC voltage (110V / 60Hz) into DC voltage (155V) as input, reaching a constant voltage of 5V, 12V 20V output to charge the external load.
It will be roughly divided into three parts, starting with the design of the circuit and the selection of each component, and then confirming the correctness of the calculation results by simulation, the final step is to actually complete the circuit using the PCB board, and measure the waveform, and comparison of simulation results.
The circuit will use silicon (Si) and gallium nitride (GaN) based metal oxide semiconductor field effect transistors to implement the circuit, and compare the differences. In experience, the volume of gallium nitride is smaller and the operating frequency higher, higher conversion efficiency, ideally should be able to obtain better efficiency performance than silicon-based MOSFET.
In terms of operating frequency, the operating frequency of general flyback converters is about 100KHz or lower, but in order to show the high-frequency operating characteristics of gallium nitride, this article will operate the input frequency at 200KHz, the transformer is also selected to be able to operate normally at high frequency, and will not be converted into capacitive because of the high input frequency.
關鍵字(中) ★ 反馳式轉換器
★ 快速充電
★ 非連續導通
★ 氮化鎵
關鍵字(英) ★ flyback converter
★ fast charge
★ DCM
★ GaN
論文目次 摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
符號表 X
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
第二章 返馳式轉換器介紹 3
2.1返馳式轉換器工作原理 3
2.2分析返馳式轉換器模型 3
2.3變壓器分析 7
2.3.1返馳電壓計算與設計 7
2.3.2變壓器感值與電流 8
2.4導通模式 10
2.4.1連續導通模式(Continuous Conduction Mode , CCM) 10
2.4.2非連續導通模式(Discontinuous Conduction Mode , DCM) 12
2.4.3邊界導通模式(Boundary Conduction Mode,BCM) 14
第三章 電路分析與設計 16
3.1變壓器設計 16
3.1.1計算變壓器參數 16
3.1.2變壓器量測 18
3.2小訊號輸入IC 20
3.3開關電晶體介紹 22
3.3.1選用電晶體考慮因素 22
3.3.2電晶體介紹 23
3.4 RCD緩衝電路設計 24
3.4.1原始電路問題 24
3.4.2設計RCD緩衝電路 26
3.4.3模擬比較差異 28
第四章 實驗結果 30
第五章 結論 45
5.1未來展望 45
參考文獻 46
參考文獻 [1] 黃俊瑋, “高頻準諧振返馳式電源轉換器研製”,碩士論文,國立台灣科技大學電子工程系, 2019年
[2] C. Pesce, R. Blasco, J. Riedemann, I. Andrade,R. Peña, “A DC-DC Converter Based On ModifiedFlyback Converter Topology” IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 14, NO. 9, SEPTEMBER 2016
[3] Bundit Khemmanee, Nontawat Chuladaycha, and Chanin BunlaksananusornFaculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang (KMITL), Bangkok10520, Thailand, “A Low-Cost Flyback Converter with Primary SideRegulation for a TV Set Top Box” 5th International Electrical Engineering Congress, Pattaya, Thailand, 8-10 March 017
[4] Heng-Ci Lin, Wei-Ming Chu, and Chien-Hung Tsai,“A Digitally Variable On-TimeControlled PFCFlyback Converter with Primary-side Regulation” The 7th IEEE International Symposium on Next-Generation Electronics (ISNE 2018)
[5] 林昆餘,“How to Eliminate Over Stress of MOSFET during Start-up of Flyback Converter”Application Note AN010 – April 2014
[6] ROHM Tech Web“採用AC/DC PWM方式的返馳式轉換器設計方法”
[7] Ashraf A. Mohammed and Samah M. Nafie Research and Development center Sudanese Electricity Distribution Company Khartoum, Sudan,“Flyback Converter Design for LowPower Application”International Conference on Computing, Control, Networking,Electronics and Embedded Systems Engineering, 2015
[8] Chongdiantou“How to design a gallium nitride charger”,2019
指導教授 夏勤(Chin Hsia) 審核日期 2020-12-18
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