本論文主要為研製及探討單級非對稱半橋轉換器，主要架構為一昇壓級轉換器再加上一非對稱半橋，非對稱半橋轉換器具有柔性切換及元件數較少等優點來作為DC/DC直流轉換級，而加入昇壓級轉換器則作為功因校正級，其操作在不連續導通模式，具有自動功因修正之能力，不須另外設計控制器，在本論文中會針對單級非對稱半橋式轉換器做完整的動作原理分析及控制器設計，最後製作單級功因修正硬體電路，實驗結果顯示可達到功因修正的目標。

This thesis presents the design and implementation of a single-stage with high power factor asymmetrical half-bridge converter. The main structure combines a boost converter with an asymmetrical half-bridge. An Asymmetrical half-bridge converter has many advantages such as soft-switching properties and fewer components.
Therefore it is suitable for DC/DC cell. The boost converter is used in a PFC cell that operating in discontinuous condition mode have innate ability of power factor correction without additional controller. In this thesis, the complete analysis of operation principle and design of controller for the equivalent circuits of a single-stage AC/DC converter in every operating stage have been described in detail. Finally, we construct the single-stage circuit and experimental result show that it can reach the expected goal for power-factor correction.

目錄
中文摘要 V
英文摘要 VI
圖目錄 IX
表目錄 XIV
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與目的 1
1.2 系統架構 1
1.3 論文架構 4
第二章 功率因數校正 5
2.1功率因數之定義 5
2.2 二極體橋式整流器 6
2.3 功率因數修正之種類 8
2.4 昇壓型Boost轉換器不連續操作模式分析 11
第三章 單級非對稱轉換器的狀態分析 19
3.1 系統架構 19
3.2 電路動作原理分析 20
3.3 系統穩態分析 33
第四章 系統迴路分析與控制方式 36
4.1 系統模型分析 36
4.2 補償器型式與設計 46
4.3 脈波寬度調變方式 52
4.4 轉換器控制方式 54
4.5 非對稱責任周期控制 56
4.6 互補式開關控制電路 58
第五章 實體電路設計 60
5.1 決定設計規格參數訂定 62
5.2 元件設計 63
第六章 實驗與模擬結果 72
6.1 開迴路模擬波形 72
6.2 實作電路結果 77
第七章 結論與未來展望 91
7.1 結論 92
7.2 未來展望 92
參考文獻 93










圖目錄
圖1-1 兩級串接式轉換器 2
圖1-2 單級功因修正電路架構 2
圖1-3 單級功因修正電路圖 3
圖2-1 橋式整流電路 6
圖2-2 橋式整流電路波形圖 7
圖2-3 橋式整流電路線電流頻譜圖 7
圖2-4 功因修正技術示意圖 9
圖2-5 雙級功因修正電路架構 10
圖2-6 昇壓式電路操作模式 11
圖2-7 昇壓式轉換器 11
圖2-8 電壓隨耦法控制電路圖 12
圖2-9 電壓隨耦法控制電流波形圖 12
圖2-10 昇壓式轉換器不連續導模式波形圖 13
圖2-11昇壓型轉換器在不連續導通模式下之操作 14
圖2-12 輸入電壓與電流之特性曲線圖操作在不連續導通模式(DCM) 15
圖2-13 Bulk電容電壓與不同儲能電感之關係圖 17
圖2-14 功率因數與不同儲能電感之關係圖 17
圖2-15 儲能電感電流波形(感值為200u) 18
圖3-1 論文系統架構圖 19
圖3-2 單級非對稱半橋轉換器電路圖 20
圖3-3 功因校正級示意圖 20
圖3-4 輸入電流波形變化圖 21
圖3-5 DC/DC非對稱半橋直流轉換電路 22
圖3-6 (a) 對稱型轉換器訊號時序圖 (b)非對稱型轉換器訊號時序圖 22
圖3-7 電路工作狀態時序圖 23
圖3-8 模式1 24
圖3-9 模式2 25
圖3-10 模式3 26
圖3-11 模式4 27
圖3-12 模式5 28
圖3-13 模式6 28
圖3-14 模式7 29
圖3-15 模式8 30
圖3-16 模式9 30
圖3-17 模式10 31
圖3-18 模式11 32
圖3-19 單級非對稱半橋轉換器架構圖 33
圖3-20上橋開關與直流轉換級電壓轉換比曲線圖 34
圖4-1 非對稱半橋轉換器電路圖 36
圖4-2 開關ON狀態之等效電路圖 37
圖4-3 開關OFF狀態之等效電路圖 39
圖4-4 狀態空間平均法合成示意圖 41
圖4-5 單級非對稱轉換器方塊圖 42
圖4-6 Matlab-輸出對開關周期大小相位波德圖 43
圖4-7 Pspice-輸出對開關周期大小波德圖 44
圖4-8 Pspice & Matlab輸出對開關周期大小相位波德圖 44
圖4-9 輸出負載與LC濾波器增益的關係圖 46
圖4-10 Rser對LC濾波器增益的頻率響應關係圖 46
圖4-11 TYPE2補償器 (1) 電路接線圖 (2) 大小相位圖 47
圖4-12 補償器之頻域響應波德圖 49
圖4-13 閉迴路之頻域響應波德圖 49
圖4-14 Pspice單級非對稱結構之功因修正電路圖 50
圖4-15 Matlab電路模擬-輸出電壓波形圖 50
圖4-16 Pspice電路模擬-輸出電壓波形圖 51
圖4-17 Pspice & Matlab輸出電壓時域分析對應圖 51
圖4-18 電壓隨耦控制法 52
圖4-19 脈波寬度調變器電路圖 53
圖4-20 脈波寛度調變波形圖 53
圖4-21 UC3844N內部方塊圖 54
圖4-22 、 對工作頻率及工作周期的曲線響應圖 54
圖4-23 電流模式控制圖 55
圖4-24 非對稱半橋轉換器操作波形 57
圖4-25 非對稱半橋之控制訊號 58
圖4-26 開關電路控制概略圖 59
圖4-27 非對稱半橋控制線路時序圖 59
圖4-28 Pspice模擬之互補式開關電路圖 60
圖4-29 上橋與延遲訊號做XOR運算後產生之驅動訊號 60
圖4-30 下橋與延遲訊號做XOR運算後產生之驅動訊號 61
圖4-31 非對稱半橋之控制訊號 61
圖5-1 實作電路圖 62
圖5-2 EE型變壓器結構 64
圖5-3 輸出整流濾波電路 68
圖5-4 PC817內部圖 70
圖5-5 TL431內部示意圖 70
圖5-6 回授電壓隔離示意圖 71
圖6-1 非對稱半橋轉換器Pspice開迴路模擬電路圖 72
圖6-2 功率開關驅動訊號 73
圖6-3 輸入電壓、儲能電感電流波形 73
圖6-4 功因校正輸入電壓及輸入電流波形 74
圖6-5 上橋開關訊號、儲能電感電流波形電流 74
圖6-6 上橋零電壓切換波形 75
圖6-7 下橋零電壓切換波形 75
圖6-8 Pspice模擬之諧波值及相位角差 76
圖6-9 實作電路示意圖 77
圖6-10 以UC3844為控制器之實作硬體接線圖 78
圖6-11 上橋零電壓切換波形 78
圖6-12 下橋零電壓切換波形 79
圖6-13 儲能電感電流(1) 79
圖6-13 儲能電感電流(2) 80
圖6-14 輸入電壓與輸入電流( ) 80
圖6-15 輸入電流之THD( ) 81
圖6-16 實作電路示意圖 83
圖6-17 以設計補償器為控制器之實作硬體接線圖 83
圖6-18 負載為18 之輸入電壓&輸入電流( ) 84
圖6-19 負載為18 之輸入電流之THD(THD=13.36%) 84
圖6-20 負載為18 之輸入儲能電感電流(輕載) 85
圖6-21 負載為12 之輸入電壓&輸入電流( ) 85
圖6-22 負載為12 之輸入電流之THD(THD=12.66%) 86
圖6-23 負載為12 之輸入儲能電感電流(中載) 86
圖6-24 負載為9 之輸入電壓&輸入電流( ) 87
圖6-25 負載為9 之輸入電流之THD(THD=11.57%) 87
圖6-26 負載為9 之輸入儲能電感電流(滿載) 88
圖6-27 負載變動曲線圖(負載VS PF) 89
圖6-28 負載變動曲線圖(負載VS輸出電壓) 89
圖6-29 負載變動曲線圖(負載VS THD ) 90









表目錄
表2-1 基本型轉換器在DCM之特性表 16
表4-1 TYPE2補償器K值與相位移關係表 48
表6-1 UC3844實作之功因值 81
表6-2 補償器實作不同負載之PF值 88

參考文獻
[1] S. Korotkov, R. Miftakhutdinov, A. Nemchinov, S. Fraidlin,”Asymmetrical Half-Bridge In A Single Stage PFC AC/DC Converter”, Vol 1, pp 484-488,
, Feb. 1997.

[2] H. J. Chiu, L. W. Lin,”A High-Efficiency Soft-Switched AC/DC Converter With Current-Doubler Synchronous Rectification”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.52, No.3, pp.709-718, June. 2005.

[3] T. F. Wu, J. C. Hung, S. Y. Tseng,Y. M. Chen,”A Single-Stage Fast Regulator With PFC Based on An Asymmetrical Half-Bridge Topology”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.52, No.1, pp.139-150, Feb. 2005.

[4] J. Y. Lee, G. W. Moon, M. J. Youn,”Design of A Power-Factor-Correction Converter Based on Half-Bridge Topology”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.46, No.4, pp.710-723, August. 2005.

[5] J. Y. Lee, G. W. Moon,M. J. Youn,”Design of High Quality AC/DC Converter With High-Efficiency Based on Half-Bridge Topology”, IEEE 1998.

[6] H. Wei, I. Batarseh,”Comparison of Basic Converter Topologies For Power
Factor Correcrion”,IEEE 1998.

[7] B. Choi, W. Lim, S. Bang, S. Choi,”Small-Signal Analysis and Control Design of Asymmetrical Half-Bridge DC-DC Converters” , IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.53, No.2, pp.511-520, April. 2006.

[8] X. Xu,A. M. Khambadkone, R. Oruganti,”An Asymmetrical Half-Bridge DC-DC Converter:Close Loop Design In Frequency Domain”, IEEE 2004.

[9] S. Korotkov, V. Meleshin, A. Nemchinov, S. Fraidlin,”Small-Signal Modeling
of Soft-Switched Asymmetrical Half-Bridge DC/DC Converter”,IEEE 1995.

[10] B. Choi , W. Lim,”Current-mode Control to Enhance Close-loop Performance of Asymmetrical Half-Bridge DC-DC Converter”,IEE Proc.-Electr.Power Appl., Vol.152, No.2, pp.416-422, March. 2005.

[11] 潘屏榮, ”電動機車用具有回送特性之單級不對稱半橋式快速充電器”,義守大學碩士論文, 2002.

[12] 鄭凱方,”主動式功因修正電路模型建立與設計”,中山大學碩士論文,2005.

[13] 吳振嘉,”主動式功率因數修正控制器電路之研究”,中山大學碩士論文,2005.

[14] 蘇英傑,”具同步整流倍流輸出之單級非對稱半橋電能轉換器”,中原
大學碩士論文,2004.

[15] 郭啟業,”非對稱脈波寬調變半橋轉換器的分析與研製”,國立台灣科技大學碩士論文,2005.

[16] 何佩怡,張耀暉,吳財福,”單級轉換器之原理、衍生及應用”,電機月刊.1997年四月號.


[17] 梁適安，“交換式電源供給器之理論與實務設計”，初版，全華科技圖書股份有限公司，中華民國八十四年.