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國立雲林科技大學
電機工程系碩士班
書報討論期末報告
多 重 諧 振 直 流 電 源 ½ 換 器
之 分 析 與 ½ ½
學
學
號：9212214
生：蘇鴻½
博士
指導教授：蘇仲鵬
1
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多重諧振直流電源½換器之分析與½½
一、簡介背景
Distributed voltage regulation(DPS)現已廣泛的運用在電腦和通訊產品
上，優點有高效率、高可靠度及較高的½性輸入電壓範圍。圖1-1為一分配式電
源系統架構圖，整個電路架構包含前級
power factor correction (PFC)及後級
直流對直流½換器。前級為一升壓式架構，將交流輸入電壓經功因修正電路以消
除電源諧波得一穩定直流電壓380〜400V，後級經DC/DCConverter將直流電壓隔
離成所需的直流輸出電壓。
DC 48V
On-board
DC 380〜400V
converter
AC
85~265 V
Power
Factor
Correctio
DC/DC
Converter
er
LOW Voltage
VRM
High
Voltage
VRM
圖1-1 分配式電源系統架構圖
由於傳統整流電路½用橋式整流後接大電容做濾波，成本上較便宜且耐用，
由於½功率因素造成相當大的電源諧波污染對於設備儀器更易造成損害，
以前的
修正改善技術乃利用前級串接電感方式來抑制d
i
/d
t
½已不合時宜，
現今技術利用
主動功因修正電路改善前級以降½高次諧波污染。
電路設計考量上需有足夠電源維持時間(hold
up time)，避免因輸入交流電
源瞬間斷續造成切換式電源Shut
Down，當常態高壓下，若電源電壓瞬間驟降至
½電源的2/3時，DC/DC
Converter需½正常供給負載電源，所以電路必須設計在
高壓下動½，為維持較高電路效率需將損失最小化，½對於傳統DC/DC
Converter
而言較為困難。針對傳統PWM½換器，當輸入在高電壓時，會造成效率降½且沒
2
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有辦法達到寬廣的輸入電壓範圍，電路理想架構需設計一DC/DC
Converter符合
常態為高輸入電壓、寬廣輸入電壓範圍及高效率的輸出。
傳統PWM½換器功率元件MOSFET當開關½用，藉由開關切換方式傳送½量。
由於切換頻率不斷提高 雖然輸出LC濾波元件體積可大幅縮小達到降½成本與及
，
小型化目的，卻因單½時間內功率元件的切換次數相對增加，turn
on及turn off
所帶來的切換損失（Switching
Loss）及電磁干擾（EMI），柔性切換技術相映
而生，利用零電壓、零電流切換技術改善功率元件的切換損失以提高電路整體效
率。原理乃利用兩元件或三元件LC½式以串聯、並聯或串並聯方式，利用諧振方
式進而達到零電壓、零電流切換。利用諧振產生的弦波電流或電壓½其先行下降
至零再進行開關切換 產生電壓領前電流或電流領前電壓½式達到ZVS或ZCS抑制
，
切換損失。
1-1、切換損失( Switching Loss )
傳統PWM½換器功率開關元件切換皆為硬切架構，當開的瞬間，功率開關汲源
極間的電壓從一高壓降為零，電流從零迅速上升，當關的瞬間，電壓由零變成開
路電壓，電流從很大降為零，在V-I交集中產生很大的重疊面積造成非常大的切換
損失，不僅效率降½更½響到元件½½，如下圖1-2及1-3所示。
圖1-2 硬性切換軌跡圖
圖1-3 傳統PWM電力½換器
圖1-4 硬性切換損失表示圖
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1-2、柔切技術（零電壓、零電流）
圖1-5
ZVS切換軌跡圖
圖1-6
ZCS切換軌跡圖
圖1-7 柔性切換損失表示圖
ON
→
OFF
電流需超前，愈往左移損失愈小。
OFF
→
ON
電流需½後，愈往右移損失愈小。
圖2-6是當切換½態時間為固定，改變電流超前與½後相角藉以改善切換損
失。另一種方式可改變電壓或電流波½有效值，藉以改變½態時間大小獲得與上
述相同效果。利用零電壓、零電流技術降½切換損失有助於切換頻率提升，效率
表現也比硬切架構來的高，此技術已普遍利用於切換式電源供應器，不½體積小
型化更可達到高功率密度目的。
二、相關原理與技術
2-1、基本波分析
半橋諧振½換器利用方波電壓到諧振網路上，
將信號以傅立葉級數展開取主
頻，利用基本波分析法加以分析。
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圖
2-1
電流源驅動輸出電容濾波
圖
2-2
電壓源驅動輸出電感電容濾波
2-2、串聯諧振½換器
由圖
2-1
可求出串聯等效交流阻抗
R
e(ac)
2 2
π
4
2
I
o
(
dc
)
V
o
(
dc
)
⇒
V
ac
=
V
o
(
dc
)
，
I
o
(
dc
)
=
I
m
(
pk
)
⇒
I
(
ac
)
=
π
π
π
2 2
經變壓器匝數比
n
反射到一次側，交流等效阻抗表示式為
V
m
(
pk
)
=
R
e
(
ac
)
8
n
2
R
L
=
π
2
圖
2-3
半橋串聯諧振½換器拓樸
缺點：
圖
2-4
串聯諧振½換器
Q
s
值曲線圖
(1)
由於諧振網路元件與負載串聯 切換頻率直接受到負載電路½響 在輕載(空
，
，
載)時輸出電壓將無法調整，因曲線選擇性變差，輸出直流濾波電容必須承
載較高的漣波電流。
(2)
當輸入電壓增加，切換頻率必須提高以維持輸出電壓穩定，一次側環路½量
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