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混合動力車動力系統之DC-DC電壓轉換器的導熱分析與鎖附位置的最佳化研究

為了解決led燈條變壓器尺寸的問題，作者陳帝均 這樣論述：

近年來全球氣候之變遷，空氣污染等環境問題，已嚴重影響人類生活。而燃油引擎排放廢氣所造成的空氣汙染，更是造成溫室效應的關鍵原因。因應之道，各國將逐漸以電為動力將取代燃油、煤等作為汽車的動力來源。一般電動車的動力系統是利用蓄電池提供電力給電動機，而電動機將電能轉換為動能驅動車子。本研究主要探討混合動力車動力系統之 DC-DC電壓轉換器的散熱問題，其功能是將輸入電壓透過電子元件轉換成所需工作電壓，以提供給車用電子設備，每當電壓轉換時晶片就會發熱，因此其元件散熱功能影響性能至鉅。而電控系統之材料性質、尺寸外觀和配置…等，對散熱良窳都會造成影響，本研究則針對動力系統電子元件的螺栓孔位置及螺栓壓

力大小為研究主軸，藉由分析模擬與實驗驗證比較，以得到最佳散熱效果之螺栓位置與鎖附壓力大小。 螺栓鎖附之兩元件互相接合時，其接合介面仍會有空氣空隙中，這些空氣將會影響散熱效率，因此螺栓鎖附的力量大小有助於改善接合介面的空氣佔有率。而螺栓鎖附位置也會影響散熱，若螺栓鎖附後導致元件翹曲，其接合介面空氣佔有率提升會造成散熱效率下降。因此本文先行利用有限元素軟體分析螺栓位置及螺栓鎖附力量大小對散熱的影響，但有限元素軟體無法直接模擬壓力對溫度的影響，故先利用有限元素軟體透過改變接合介面之熱傳導係數，來模擬不同之空氣佔有率之下其晶片溫度的變化。隨後利用實驗的方式量得不同螺栓鎖附力量大小所造成的溫度結果

。 前述有關扭力大小之模擬，研究首先係透過ANSYS Workbench有限元素軟體分析，改變接合介面之熱傳導係數，檢視晶片及周圍的溫度變化。初步分析發現熱傳導係數設定從完全代表是空氣之0.026W/mK至較大扭力時的1W/mK，這區間內分別代表扭力之由小到大變化之效果。發現四片晶片隨著扭力的增加溫度劇烈的下降，而在1W/mK之後四片晶片溫度趨緩最後達到水平，代表超過此設定以後之扭力所造成溫度變化已穩定。此外，在原先模型無加入空氣介面層亦即元件間百分百貼合時，將七個螺栓中能變更位置之四個螺栓向中間四片晶片等距離靠近，發現四片晶片溫度分析之結果無差異。 本文對於鎖附不同力矩之散熱的影響

實驗上，前後進行三種模型的實驗，分別為有無電子元件之DC-DC電壓轉換器和鎖附鋁塊及鋼塊，在鎖附無電子元件之DC-DC電壓轉換器下其鎖附力矩為1~3kgf-cm，但其結果顯示溫度差異不明顯。因考慮是否為力矩變化範圍太小緣故，故鎖附鋁塊及鋼塊於10~30N-m下較大之力矩範圍，發現在30N-m時量測點的溫度高於其他力矩，而最後則在針對市面上的DC-DC電壓轉換器實體進行鎖附1~3kgf-cm，發現隨著力矩的增大因有效散熱故其晶片溫度有下降。為了變化電路板螺栓鎖附位置之測試，發現此市面DC-DC電壓轉換器因本身螺栓位置無法任意變動，故本研究使用自行購置之電路板，焊接上一電子元件，並在電路板上鑽十二

個孔位。最後發現隨著鎖附位置愈接近熱源，因散熱之善故其熱源溫度愈低。綜合上述本研究之不同之分析實驗結果，相信對於電壓轉換模組之實際應用裝配，能提供具體而極具參考價值之指引。

非接觸式無線電能傳輸系統技術之研究與應用

為了解決led燈條變壓器尺寸的問題，作者鄭博元 這樣論述：

本論文使用符合WPC(Wireless Power Consortium)聯盟架構規範的TI(Texas Instruments)公司高效率硬體模組，透過磁吸引式(Magnetic Attraction)的發射器(TX)_BQ500210與接收器(RX)_BQ51013A模組，利用發射端的一次線圈與接收端二次線圈的電磁感應(Electromagnetic Induction)耦合，來進行模擬非接觸式無線電能傳輸模擬之實驗，並使用Free-Scale公司同樣為符合WPC規範的RX裝置，做為對照組的實驗測試。 本研究主要貢獻有三點，其一為無線電能傳輸之模擬實驗與功能驗證測試，包含T

X及RX之間的偵測與辨證溝通識別、金屬異物偵測、低電壓與過電壓保護、效率等；由於WPC聯盟規範內的無線電能傳輸裝置是可以任意互相搭配使用，本研究貢獻之二，為搭配同樣符合WPC聯盟規範的Free-Scale RX裝置做為實驗對照組，針對無線電能傳輸品質、低電壓與過電壓保護、金屬異物偵測與保護、效率等四大重點部分做差異比較；貢獻之三為將非接觸式無線電能傳輸發展聯盟WPC與其Qi認證(Certification)內容，做一整合與介紹，並探究非接觸式無線電能傳輸技術開發推廣問題，及未來的發展目標與方向。 實驗結果發現，TX與RX之間的快速辨識認證僅需2秒鐘左右，即可開始無線電能傳輸的進行；無線電

能傳輸品質方面，發現使用同為TI公司開發的TX與RX進行測試時，RX可獲得較完整的能量傳輸，而搭配使用Free-Scale的RX出現明顯的傳輸損耗，直接影響了效率的表現；而透過模擬手持裝置的負載抽載與卸載(低電壓與過電壓保護)實驗，雖然兩組RX的輸出電壓在瞬間抽載與卸載時，均超出了正常工作範圍(4.85V~5V)，但都能在短時間內(約200微秒~240毫秒)即恢復穩態，所以都還是能維持無線電能傳輸的正常進行；在金屬異物入侵實驗方面，若在限制時間內排除金屬物體，則隨即恢復無線電能的傳輸，但若該金屬物體持續入侵時間超過限制時間，則終止該傳輸平台，需重新開關啟動TX與RX裝置才能恢復無線電能傳輸的進

行，其中TI的RX_BQ51013A模組限制時間為22秒鐘，而對照組的Free-Scale RX裝置限制時間則約為10秒鐘；在輸入電源安全保護測試方面，當偵測到傳統變壓器接入時，TX應隨即停止能量的供應，直到變壓器移除後，才又重新恢復無線電能的傳輸，避免兩個以上電壓源同時接入時所可能造成的安全疑慮；在效率表現方面，以相同的TI TX，搭配使用不同的TI 與Free-Scale RX做比較，其中使用TI的RX最高傳輸效率約為68%，而Free-Scale的RX為65%。