■ 可申請專利 □ 可技術移轉
日期：93年9月6日
國科會補助計畫
計畫名稱：半橋式切換型整流器雙輸出電壓平衡策略研究 計畫主持人：羅有綱
計畫編號：NSC 92－2213－E－011－098 學門領域：電力學門 技術/創作名稱 單相半橋式切換型整流器雙輸出電壓平衡策略
發明人/創作人 羅有綱 中文：
半橋式交流/直流轉換器諧波含量低，且可同時供應兩組皆為正或 一正一負之直流輸出電源。然而，兩組輸出會因電路中元件特性偏 移以及兩組輸出負載不對稱而造成兩輸出電容上電壓的不平衡現 象，此種不平衡現象除了直接影響其後級電路動作或負載之工作 外，亦會對轉換器本身元件的挑選上產生極大的困擾，同時影響功 率因數。因此，本技術乃在於研發雙輸出電容之半橋式交流/直流 轉換器的平衡輸出電壓控制策略，致使兩組輸出電壓不因元件必然 不相同的特性以及不因所承接之負載不同而產生不平衡現象。
技術說明 英文：
A half-bridge AC-DC converter is advantaged for its non-distorted input current waveform, double output configuration and simpler control circuit. However, due to the parameter deviations of circuit elements and the dissymmetrical loads, there exists imbalance between the voltages of the two output capacitors. This imbalance will result in not only the malfunction of the next stage, but also the higher stresses of the power switches and a poorer input power factor. The aim of this technology is about developing the balance control
strategies for the two output capacitors of the half-bridge switch-mode AC/DC converters.
可利用之產業 及 可開發之產品
電力電子產業與產品
技術特點
輸入電流命令波形乃是根據輸入電源電壓(市電)而定，電流命令的 振幅則是依照雙輸出電壓的總和而變化。同時對於雙輸出電壓之間 的差值，亦產生一相對應的直流偏移量，來修正雙輸出電容之間的 不平衡。
推廣及運用的價值 提升半橋式切換型整流器的性能、提高輸入端功率因數、提供平衡 雙電源至所需負載
可供推廣之研發成果資料表
■ 可申請專利 □ 可技術移轉
日期：93年9月6日
國科會補助計畫
計畫名稱：半橋式切換型整流器雙輸出電壓平衡策略研究 計畫主持人：羅有綱
計畫編號：NSC 92－2213－E－011－098 學門領域：電力學門 技術/創作名稱 三相半橋式切換型整流器雙輸出電壓平衡策略
發明人/創作人 羅有綱 中文：
一種三相半橋式功率因數修正器輸出電壓平衡控制裝置，係於三相 電源輸入端分別連接三個電感器，並於其中二相位之電感器後分別 串聯四個二極體，形成三相半橋式之二電源輸出端，並於該四個二 極體上分別並聯四個切換開關，而於該二電源輸出端之負載上分別 並聯有兩輸出電容，並藉一電流磁滯控制電路來控制該四切換開關 的切換動作，達成該二電源輸出端產生雙輸出平衡穩壓之最高功率 因數及最低輸入電流諧波為目的者。
技術說明 英文：
A three-phase half-bridge AC-DC converter is advantaged for its non-distorted input current waveform, double output configuration and simpler control circuit. However, due to the parameter deviations of circuit elements and the dissymmetrical loads, there exists imbalance between the voltages of the two output capacitors. This imbalance will result in not only the malfunction of the next stage, but also the higher stresses of the power switches and a poorer input power factor.
The aim of this technology is about developing the balance control strategies for the two output capacitors of the three-phase half-bridge switch-mode AC/DC converters.
可利用之產業 及 可開發之產品
電力電子產業與產品
技術特點
輸入電流命令波形乃是根據輸入電源電壓(市電)而定，電流命令的 振幅則是依照雙輸出電壓的總和而變化。同時對於雙輸出電壓之間 的差值，亦產生一相對應的直流偏移量，來修正雙輸出電容之間的 不平衡。第三相電流可由第一相與第二相電流間接控制，節省控制 電路成本。
推廣及運用的價值 提升三相半橋式切換型整流器的性能、提高輸入端功率因數、提供 平衡雙電源至所需負載。
附錄—出席國際會議心得報告
2004 年全球電源供應器設計競賽「Efficiency Challenge 2004」紀實
電源供應器(Power Supplies)的功用，乃是將交流高壓市電轉換為低壓直流電源，以供電 給電機電子產品，電源供應器可以是內置式，例如電視、個人電腦等，或是外接式，例如 筆記型電腦、手機與無線電話充電器等。由於 3C 消費性電子產品的盛行，以及在工業、商 業、醫療與軍事等場合的廣泛應用，連帶使得相關的電源供應器數量亦與日俱增。近期的 市場調查顯示，光是美國就有 3.1 兆台電源供應器在運轉，而全世界則有高達 10 兆台電源 供應器存在於各式各樣電子產品中。在消費者使用電力能源的過程當中，約有 10 %會經過 電源供應器，因此改善電源供應器的轉換效率(Efficiency)，對於節省電能的趨勢潮流而言，
是一項非常重要且刻不容緩的課題。
傳統電源供應器的設計方式，其轉換效率大約只能達到 30 %至 60 %，更甚者，在電子 產品未開機使用的狀況下，通常也會消耗約 1 至 3 W 的功率，這就是所謂的「無載損耗(No Load Loss)」或「待機損耗(Standby Loss)」。提高電源供應器效率的方式，除了仰賴電力電 子元件的製造技術進步之外，主要還是在於控制方法與電路架構的創新。目前較先進的控 制技術，已可將電源供應器的轉換效率提高到 70 %至 90 %，且待機損耗可降至 0.2 W 以下。
如前所述，電源供應器的效率每提高 10 %，則全世界就可以減少約 1 %的電能使用量，以 美國為例，每年將可減少約 60 兆度電，亦即節省約 5 兆美金的電費。由此可知，改善電源 供應器轉換效率，對於消費者、製造商與政府環保部門而言，可說是三贏的完美結局。
有鑑於此，加州能源委員會(California Energy Commission)與美國環保署「能源之星 (ENERGY STAR®)」計畫，乃共同贊助舉辦「Efficiency Challenge 2004」公開競賽，目標在 於廣邀全球相關業界、學界與獨立研究單位，研發高轉換效率與低無載損耗的電源供應器，
並於 2004 年 2 月 23 日的應用電力電子年會(APEC’04)中正式宣布競賽細節。研發時間從 5 月到 11 月，各項參賽作品將於 2005 年 2 月評審完畢，同時在 2005 年 3 月的APEC年會頒 獎。本次設計競賽共分為三大組，包含外接式成品組(Market-Ready Class: External)、內置 式成品組(Market-Ready Class: Internal)與公開組(Open Class)，每一大組下根據輸出規格又 細分若干小組，包含供電給電池充電器、個人電腦、筆記型電腦與LCD螢幕等不同應用場 合。成品組的設計必須考量成本與安規，而公開組僅以功率因數(Power Factor，PF)、轉換 效率與無載損耗為評分項目，基於學界的研發性質偏向天馬行空式的創新，以及平面顯示 器產業的方興未艾，因此筆者與實驗室學生們幾經討論後，決定參加公開組LCD螢幕用電 源的設計競賽。
「Efficiency Challenge 2004」的業界贊助單位為安森美半導體(ON Semiconductor)公 司，其台灣區陳總經理茂田先生與顧家佩小姐，在競賽期間非常熱心地提供許多資訊與支 援，筆者借此致上萬分謝意。「公開組 LCD 螢幕用電源」的參賽資格為平均效率必須達 85
%以上、無載損耗必須小於 0.5 W。此組的目標雖為不計成本、機關算盡的提高轉換效率，
但卻也代表著所採用的技術很有潛力在未來成為電源供應器設計的主流。從 2004 年 5 月份 到 11 月份，在實驗室博士生顏上進同學歷經半載的披星戴月與嘔心瀝血之後，終於完成輸 出規格為 80 W/12 V 的雛型產品，其外觀如圖一所示，測試數據則如表一所示。由表可知，
本雛型作品的全機(含功率因數修正電路與 DC/DC 轉換電路)平均效率達 89.6 %，功率因數 達 0.988，無載損耗則小於 0.05 W，性能高出參賽標準甚多。
參賽的目的在於設計過程的腦力激盪，獲不獲獎倒是其次。過了一季暖冬，當新枝嫩 芽隨著春天腳步的接近而紛紛迫不及待掙綻之時，春神也悄悄的捎來好消息。主辦單位以 email 告知筆者參賽作品獲得「公開組—LCD 螢幕用電源」首獎的訊息，並邀請筆者於 2005 年 3 月份親自到 APEC 年會舉行地點美國德州奧斯汀領獎。筆者當下立即回函表示非常榮 幸獲此殊榮，同時願意出席 APEC’05 的年會會場。3 月 5 日，筆者帶著簡單的行囊，還有 一顆誠摯輕鬆的心，依稀記得有點兒冷意，但還看得見陽光，就這樣，隻身飛往地球彼端 的異國。
奧斯汀是德州首府，也是歷史、文化與科技的中心，更因為每年舉辦超過 100 場的現 場音樂會，而素有「Live Music Capital of the World」的美譽。2005 年 APEC 研討會會場在 市區的希爾頓飯店，APEC 是全球電力電子領域的盛事，因此筆者也巧遇多位前輩，包括 台大電機陳德玉教授、中正電機吳財福教授與陳耀銘教授、以及成大電機梁從主教授與林 瑞禮教授等人，他鄉遇故知，倍感溫馨。當地氣候宜人，較台北暖和，筆者住在市郊的旅 館，交通尚稱便利，除了溫書吟歌之外，閒來無事就是外出逛逛晃晃。奧斯汀處處充滿田 園風光，最常望見的景色就是平原綠地，還有小橋流水，很容易讓人流連忘返。
3 月 7 日下午，大會正式宣布「Efficiency Challenge 2004」的得獎名單，含成品組與公 開組在內，共有 12 支隊伍獲得各個規格組的首獎，只有四支隊伍來自學界，其他都是業界 的參賽者。會後並舉行記者會，主要為發布新聞稿與回答問題。3 月 8 日，搭飛機前，筆 者抽空到奧斯汀仿美國國會的州會廳(State Capital)附近，順著一條環河的小徑散步，河中 兩岸綠木倒影清晰，點綴偶爾的小波漣漪，雖掩蓋不過心中亟欲歸鄉的莫名興奮，但也讓 筆者起了不捨之念，不禁暗自許諾，來年，不那麼趕急的時候，再來造訪一趟。
圖一、得獎作品實體相片
表一