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研究生: 黃克勤
Ke-Chin Huang
論文名稱: 直流轉換器遲滯控制電路之研究
Study of Hysteretic Control Circuits for DC to DC Converter
指導教授: 呂藝光
Leu, Yih-Guang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工業教育學系
Department of Industrial Education
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 76
中文關鍵詞: 遲滯控制直流轉換器電壓回授控制
英文關鍵詞: Hysteretic Control, DC to DC Converter, voltage feedback control
論文種類: 學術論文
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  • 本論文的目的是針對目前可攜式電子產品對高效率,低成本的電源技術之持續增加的需求而探討直流電源轉換技術。傳統的遲滯控制轉換器有簡單、低成本的優點,但其交換頻率會随輸入及輸出條件而改變是它的缺點。本文探討直流轉換器遲滯控制電路對暫態響應及交換頻率穩定性等特性之影響。利用電路分析、模擬與實作來驗證比較遲滯控制電路特性,以得到一電路簡單且具良好的暫態響應之遲滯控制轉換器。

    The purpose of this thesis studies a DC to DC converter technology that meets the increasing demand of a high efficiency and low build cost converter architecture for the portable electronics devices. Traditional hysteretic control converter is easy to implement with low build cost, but the disadvantages come with it is the varying switching frequency with the input and output condition changes. This thesis investigates the characteristics of hysteretic control circuits for the DC to DC converters, including transient response, switching frequency stability, and so forth. By using analysis, simulation, implementation, and comparison, a DC to DC converter with a simple hysteretic control circuit and a good transient response can be obtained.

    摘要 i ABSTRACT ii 目  錄 iv 圖 目 錄 v 表 目 錄 x 第一章 緒 論 1 1.1 前言 1 1.2 研究方法及目的 2 1.3 論文架構 3 第二章 遲滯控制直流轉換器簡介 4 2.1 切換式直流轉換器小訊號分析 4 2.2 電壓回授遲滯控制 7 2.3 電壓電流雙回授遲滯控制 8 2.4 固定導通時間遲滯控制 9 第三章 遲滯控制直流轉換器設計 11 3.1 ESR遲滯控制 11 3.1.2 ESR遲滯控制電路動態方程式推導 12 3.1.3 ESR遲滯控制電路模擬 16 3.2 遲滯控制 22 3.2.1 遲滯控制電路動態方程式推導 .23 3.2.2 遲滯控制電路模擬 .26 3.3 +ESR遲滯控制 32 3.3.1 +ESR遲滯控制電路動態方程式推導 33 3.3.2 +ESR遲滯控制電路模擬 ...34 第四章 實驗實作分析 41 4.1 ESR遲滯控制實作電路 41 4.1.1 ESR遲滯控制直流轉換器於輕負載電路實作 42 4.1.2 ESR遲滯控制直流轉換器於中低負載電路實作 45 4.2 遲滯控制實作電路 49 4.2.1 遲滯控制直流轉換器於輕負載電路實作 50 4.2.2 遲滯控制直流轉換器於中低負載電路實作 53 4.3 +ESR遲滯控制實作電路 57 4.3.1 +ESR遲滯控制直流轉換器於輕負載電路實作 58 4.3.2 +ESR遲滯控制直流轉換器於中低負載電路實作 .63 4.4 結論 71 第五章 結論與未來展望 73 5.1 研究結論 73 5.2 未來展望 73 參考文獻 74 圖 目 錄 圖1.1 傳統PID電壓控制轉換器 1 圖1.2 雙迴路電流控制轉換器 2 圖2.1 切換式直流轉換器基本架構圖 4 圖2.2 切換式直流轉換器導通週期電路圖 5 圖2.3 切換式直流轉換器截止週期電路圖 5 圖2.4 切換式直流轉換器小訊號模組 6 圖2.5 電壓回授磁滯控制電路 8 圖2.6 誤差邊帶控制波形圖 8 圖2.7 固定截止時間長度 8 圖2.8 電壓電流雙回授磁滯控制電路 9 圖2.9 固定導通時間(CONSTANT ON TIME)遲滯控制電路 10 圖2.10 固定時間長度波形.......................................................................................10 圖3.1 ESR遲滯控制電路基本架構 11 圖3.2 擾動輸入電壓簡化電路 12 圖3.3 擾動輸入電壓PWM之波形 ...12 圖3.4 擾動輸出電壓簡化電路 13 圖3.5 擾動輸出電壓PWM之波形 14 圖3.6 ESR遲滯控制動態模組 15 圖3.7 ESR遲滯控制各波形模擬圖 17 圖3.8 ESR遲滯控制負載變化各波形模擬圖 18 圖3.9 ESR遲滯控制電路各波形模擬圖 19 圖3.10 ESR遲滯控制負載變化各波形模擬圖 20 圖3.11負載變化 與負載電流模擬波形 21 圖3.12負載變化 與負載電流模擬波形 21 圖3.13 ESR遲滯控制開迴路的波德圖 21 圖3.14 遲滯控制電路基本架構 22 圖3.15 遲滯控制擾動輸入電壓簡化電路 23 圖3.16 遲滯控制擾動輸出電壓簡化電路 24 圖3.17 遲滯控制動態模組 26 圖3.18 遲滯控制各波形模擬圖 27 圖3.19 遲滯控制電路負載變化各波形模擬圖 28 圖3.20 遲滯控制各波形模擬圖 29 圖3.21 遲滯控制電路負載變化各波形模擬圖 30 圖3.22 負載變化 與負載電流模擬波形 31 圖3.23 負載變化 與負載電流模擬波形 31 圖3.24 遲滯控制開迴路的波德圖 32 圖3.25 +ESR遲滯控制基本架構 32 圖3.26 +ESR遲滯控制動態模組 34 圖3.27 +ESR遲滯控制各波形模擬圖 35 圖3.28 +ESR遲滯控制負載變化各波形模擬圖 36 圖3.29 +ESR遲滯控制各波形模擬圖 37 圖3.30 +ESR遲滯控制負載變化各波形模擬圖 38 圖3.31 負載變化 與負載電流波形模擬圖 39 圖3.32 負載變化 與負載電流波形模擬圖 39 圖3.33 遲滯控制開迴路的波德圖 40 圖4.1  ESR遲滯控制實際電路圖 42 圖4.2  ESR遲滯控制電路於輕載各點波形圖 43 圖4.3  ESR遲滯控制電路於輕載負載變化各點波形圖 44 圖4.4  負載變化 與負載電流波形 44 圖4.5  ESR遲滯控制直流轉換器 為 各點波形圖 45 圖4.6  ESR遲滯控制直流轉換器 為 各點負載變化波形圖 46 圖4.7  負載變化 與負載電流波形 為 47 圖4.8  ESR遲滯控制直流轉換器 為 各點波形圖 47 圖4.9  ESR遲滯控制直流轉換器 為 各點負載變化波形圖 48 圖4.10 負載變化 與負載電流波形 為 49 圖4.11 遲滯控制實際電路圖 50 圖4.12 遲滯控制直流轉換器 為 各點波形圖 51 圖4.13 遲滯控制直流轉換器 為 各點負載變化波形圖 52 圖4.14 負載變化 與負載電流波形 為 52 圖4.15 遲滯控制直流轉換器 為 各點波形圖 53 圖4.16 遲滯控制直流轉換器 為 各點負載變化波形圖 54 圖4.17 負載變化 與負載電流波形 為 55 圖4.18 遲滯控制直流轉換器 為 各點波形圖 55 圖4.19 遲滯控制直流轉換器 為 各點負載變化波形圖 56 圖4.20 負載變化 與負載電流波形 為 57 圖4.21 +ESR遲滯控制實際電路圖 58 圖4.22 +ESR遲滯控制 為 為 各點波形圖 59 圖4.23 +ESR遲滯控制 為 為 各點負載變化波形圖 60 圖4.24 負載變化 與負載電流波形 為 為 60 圖4.25 +ESR遲滯控制 為 為 各點波形圖 61 圖4.26 +ESR遲滯控制 為 為 各點波形圖 62 圖4.27 負載變化 與負載電流波形 為 為 62 圖4.28 +ESR遲滯控制直流轉換器 為 各點波形圖 63 圖4.29 +ESR遲滯控制直流轉換器 為 各點負載變化波形圖 64 圖4.30 負載變化 與負載電流波形 為 65 圖4.31 +ESR遲滯控制直流轉換器 為 各點波形圖 65 圖4.32 +ESR遲滯控制直流轉換器 為 各點負載變化波形圖 66 圖4.33 負載變化 與負載電流波形 為 67 圖4.34 +ESR遲滯控制直流轉換器 為 各點波形圖 67 圖4.35 +ESR遲滯控制直流轉換器 為 各點波形圖 68 圖4.36 負載變化 與負載電流波形 為 69 圖4.37 +ESR遲滯控制直流轉換器 為 各點波形圖 69 圖4.38 +ESR遲滯控制直流轉換器 為 各點波形圖 70 圖4.39負載變化 與負載電流波形 為 71 表 目 錄 表4.1  輕負載各波形數據 72 表4.2 輕中低負載 為 各波形數據 72

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