A Novel Single-Switch Class-E Parallel Loaded Resonant Converter

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1 A Novel Single-Switch Class-E Parallel Loaded Resonant Converter
指導教授:莊英俊 教授 報告者:白裕全 崑山科技大學　電機工程系研究所 Department of Electrical Engineering Kun Shan University Tainan, Taiwan, R.O.C.

2 內容大綱 研究動機 共振式轉換器 E類共振式換流器 新型單開關E類並聯負載共振式轉換器電路架構與工作模式分析 電路模擬與實作
實測與模擬結果波形圖 結論與未來研究方向

3 研究動機 市場需求 -常被應用在充電器的充放電系統、電源電壓控制、電子類產品 降低損失 -使用E類共振式電路、降低開關損失
提高效率 -使輸入的電壓更有效率的轉換

4 共振式轉換器 高的工作頻率 電路體積小 零電壓切換(ZVS) 或零電流切換(ZCS) 轉換效率高 穩定性高

5 E類共振式換流器 元件數目少 無隔離問題 零電壓切換(ZVS) 、零電流切換導通 效率可達到95％ 效率95％

6 E類共振式換流器電路架構 E類共振式換流器電路 轉換器系統方塊圖

7 新型單開關E類並聯負載共振式轉換器電路架構
轉換器系統方塊圖

8 新型單開關E類並聯負載共振式轉換器工作模式與分析

9 工作模式一 工作模式二

10 工作模式三 工作模式四

11 工作模式五 工作模式六

12 工作模式七 工作模式八

13 工作模式九 工作模式十

14 新型單開關E類並聯負載共振式轉換器電路模擬與實作

15 新型單開關E類並聯負載共振式轉換器模擬電路

16 電路模擬與實際測量參數 電源側 輸入電源( ) 30V 切換頻率( ) 42kHz 儲能電感( ) 33mH 分流電容( ) 0.1 F
輸入電源( ) 30V 切換頻率( ) 42kHz 儲能電感( ) 33mH 分流電容( ) 0.1 F 共振槽 共振電感( ) 共振電容( ) 共振頻率( ) 184 H 37kHz 負載側 濾波電感( ) 濾波電容( ) 負載 2.5mH 470 F 50

17 新型單開關E類並聯負載共振式轉換器實測與模擬波形圖

18 驅動電壓與開關電壓實測模擬波形圖 CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div

19 開關電壓與開關電流實測模擬波形圖 CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div
CH2：X軸：5μs/div Y軸： 2A/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 2A/div

20 分流電容電壓與分流電容電流實測模擬波形圖
CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 2A/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 2A/div

21 共振電壓與共振電流實測模擬波形圖 CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div
CH2：X軸：5μs/div Y軸： 2A/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 2A/div

22 共振電感電壓與共振電感電流實測波形圖 CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div
CH2：X軸：5μs/div Y軸： 2A/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 2A/div

23 共振電容電壓與共振電容電流實測模擬波形圖
CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 2A/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 2A/div

24 輸入共振槽電壓與輸出共振槽電壓實測模擬波形圖
CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸：50V/div

25 共振槽輸出電壓與共振槽輸出電流實測模擬波形圖
CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 1A/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 1A/div

26 整流二極體D2,D3電壓與電流實測模擬波形圖 CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div
CH2：X軸：5μs/div Y軸： 1A/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 1A/div

27 整流二極體D1,D4電壓與電流實測模擬波形圖 CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div
CH2：X軸：5μs/div Y軸： 1A/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 1A/div

28 濾波電感電壓與濾波電感電流實測模擬波形圖
CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 1A/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 1A/div

29 濾波電容電壓與濾波電容電流實測模擬波形圖
CH1：X軸：5μs/div Y軸： V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸：500mA/div CH1：X軸：5μs/div Y軸： V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸：500mA/div

30 輸出電壓與輸出電流實測模擬波形圖 CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div
CH2：X軸：5μs/div Y軸： 1A/div CH1：X軸：5μs/div Y軸：50V/div CH2：X軸：5μs/div Y軸： 1A/div

31 結論與未來研究方向

32 結論 元件數目減少 電路體積小、及低成本 達到零電壓切換，降低切換損失 轉換器之轉換效率91.57 %

33 -以提高綠色能源的轉換效率 -使用110V的交流市電，提高輸入功率 -提高對電池的充電效率 未來研究方向 結合太陽能風力發電 輸入電源之提升
改變負載為蓄電池或其他充電電池 -提高對電池的充電效率

34 謝謝您的參與 敬請指教