單相單級交/直流轉換器的系統化設計與拓樸分析

Abstract

為了減低公用電源及其他的電器設備受到不良電源供應器諧波污染的影響，許多國 家皆對各種電器產品制定了嚴格的諧波標準，如：IEC 61000-3-2。基於此，近年來，許 多單級的輸入電流修飾（Input Current Shaping；ICS）技術被不斷地深入探究並且廣泛 的提出。然而，目前大部分論文多屬個別的研究，較缺乏系統化的分析，因此，本計畫 將利用兩年的時間對整合型單級交/直流轉換器做深入的技術發展與架構分析，目標以低 功率應用（70-200W）為主，如：交/直流整流器、電池充電器及通訊設備等。 第一年計畫執行期間，我們預定將探究的內容包括：ICS 級電流工作模式的影響、電 路拓樸的歸納與變化、儲能電容電壓應力、開關電流應力之間的關係，試圖尋得一個效 能最佳化且符合成本效益的設計，並評估其在泛用型輸入電源上的應用。另一部份的工 作則是應用柔性切換的技術至整合型單級架構中，在電路沒有過度複雜化的前提下，達 成此一設計。 第二年的研究則著重在新型理論的發展與應用，包括：(1) ICS 級電感充放電路徑之 觀點設計與研究，我們應用此方法探討目前各種單級架構ICS 級電感充放電路徑單一化 的可能，設計出其對應的拓樸，並做性能評比；以及(2) 能量傳遞與電路工作效能觀點 之研究，我們以分析每一個時段能量流（energy flow）對電路的影響：若有不必要的耗 能的路徑發生時，其所佔的時間越長，功率耗損越嚴重。藉由此類的能量流路徑圖，可 以清楚地看出能量的流向與功率損耗所在，有利於在設計電路時考量所使用架構的優缺 點。 所有提出的構想將以完整的分析及實驗予以驗證，以作為未來應用至實際電子產品 之參考。