返驰式开关调课器之研究.ppt

2009/10/14 南台科技大學電力電子實驗室 南台科技大學 電機工程系 返馳式開關調節器之研究 大 綱 ? 摘要 ?研究動機及目的 ?轉換式電源穩定器廣泛應用之原因 ?反馳式轉換器電源穩定器 ?變壓器模型及參數計算 ?轉換式電源穩定器電路之結構 ? 結論 ? 參考文獻 摘 要 本文提出以不連續電流模式，進行 返馳式轉換器開關調節電路之研製。電路本身不需要作電氣隔離，設計上使用變壓器作電氣隔離與電壓準位的調整。返馳式轉換器的電路架構，是具有隔離特性的昇降壓型轉換器，該變壓器不是磁性元件的功能，而係利用耦合電感達到能量轉換的目的，設計整個電路的重點是磁能的儲存與釋放。本文返馳式轉換器的電路，傳遞能量機制是耦合電感，不是真正的變壓器，鐵芯需要有適當的氣隙存在，防止飽和和平衡直流成分。 關鍵字：不連續電流，電氣隔離，儲存與釋放。 研究動機及目的 電力電子技術結合功率半導體元件之開關控制，拓蹼結構之設計與系統控制學科，其目的是要利用功率半導體元件對電源來加以轉換與控制，以達到各種負載的需求。電力電子主要研究領域有結合功率半導體元件、率級的電路、傳動系統與電機機械、防制電磁干擾的技術、積體電路設計、控制理論、應用微處理器、類比與數位電子和電腦輔助設計技術等等，知識應用之綜合科技。 各種電力轉換器，形成之功率電路，所組成電力電子設備。電力轉換器，就由功率半導體元件所結合，就在固定之控制模式裡決定功率開關之導通與截止的時間，使得負載可以穩定的操作。 轉換式電源穩定器廣泛應用之原因 轉換式電源穩定器體積小，重量輕，效率高的特點，而且節省能源符合時代的需求。所以，廣泛應用在各種不同電子機器上。而且能與廣闊範圍的輸入電壓配合，不需要改變分接頭和電路常數，方便在輸入電壓不同地區使用之特點。 轉換式電源穩定器都會產生雜訊，如整流二極體（rectifying）、轉換電晶體（switching transistor）、變壓器（transformer）、扼流圈（chokecoil）等等，這種缺點都可以利用濾波器（filter）和屏蔽（shield）及電路設計上的改進，來加以改善。 由於漣波（ripple）和雜訊（noise）皆對轉換式電源穩定器的穩 定度有不良影響，在設計技巧上需適當，才能防止這種不良影響，來 保持比較高的穩定度。 探討電感之性質： （1）當電感上有電流I 流通時，可儲存能量是E＝（LI2）/2，如圖2－1（2）開關S 打開的瞬間，電流不是立即截斷，仍然有電流I 的能量維持，並且產生電壓，和V 在同一方向重疊。結果，在開關S 的端子上加入高壓，產生電弧。這能量消耗在電弧和電阻R 上。如圖2-2 圖2－1 電感內所能儲存的能量是LI2/2 （2）開關S 打開的瞬間，電流不是立即截斷，仍然有電流I 的能量維持，並且產生電壓，和V 在同一方向重疊。結果，在開關S 的端子上加入高壓，產生電弧。這能量消耗在電弧和電阻R 上。如圖2-2 圖 2－2 因為無法使能量在瞬間產生變化，所以無法使電 流I 在瞬間遮斷，或者改變它流通方向。 （3）當初級繞組有電流Ip 流通時，開關S 打開，次級繞組上就有同一安匝的電流流通，如圖2-3。如此，次級繞組上流通電流是 Is＝Ip×Np/Ns 依照時間常數，Ls/R 發生衰減，能量在電阻處變成熱能放出。 圖 2－3 有次級電路的電感時，利用初級電路遮斷，相同的安匝（ampere turns），可以保持和次級電路上流通的電流相同磁場。 （4）當電感端子電壓是V 時，電感的電流變化率是V/L 圖2－4 電感的端子電壓是V 時，電感L 上所流通的電 流變化率就是V/L 反馳式轉換器電源穩定器 圖 2-10 返馳式轉換器 圖 2-11 返馳式轉換器的電路模式：（a）開關導通 （b）開關截止 變壓器模型及參數計算 在返馳式轉換器中，對變壓器—扼流圈來說有