[發明專利]應用于級聯變換器的參數設計方法及級聯變換器

有效

• 申請號: 202011116986.0
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112383225B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 楊國朝;劉建軍;劉仲英;白辛雨;楊朝雯;趙學明;馮郁竹;王宏偉;張宏艷;楊智;侯仰棟;李凱;趙長偉;劉偉;馮瑋;王炎彬;郝爽;趙越;趙靜
• 申請（專利權）人: 國網天津市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M3/337;H02M3/158
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

本發明屬于級聯型直流變換器參數設計技術領域，涉及含有諧振拓撲的級聯型直流變換器參數設計方法，尤其是應用于級聯變換器的參數設計方法及應用該方法的級聯變換器。本發明中，采用建立限制條件并參數輪尋最終以效率為目標函數進行檢索，并結合級聯變換器拓撲的穩定性判據建立新的限制條件，最終獲得最優參數組。應用所述設計方法對于以LLC+Buck為例的級聯型變換器進行參數設計，采用該設計方法后，LLC和Buck拓撲的輸出電壓的輸出穩定性高，變換器的總體開關損耗被降至最低且可明顯實現軟開關的功能，具有良好的設計效果。

技術領域

本發明屬于級聯型直流變換器參數設計技術領域，涉及含有諧振拓撲的級聯型直流變換器參數設計方法，尤其是應用于級聯變換器的參數設計方法及級聯變換器。

背景技術

諧振軟開關直流變換器因其具有結構簡單、較高變換效率、良好的EMI特性和較寬的輸入輸出電壓調節范圍等優勢，在直流配用電系統、LED驅動、分布式發電等領域具有廣泛的應用。

目前，對于如LLC、CLLC等諧振軟開關直流拓撲單體而言，雖然已經具有較為成熟的應用技術和參數設計方法，但對于含有諧振軟開關拓撲的級聯型變換器，由于結構更加復雜，采用傳統的參數設計方法可能會導致整體穩定性上存在一些問題。

因此，許多學者從數學模型和穩定性分析的角度出發，研究級聯型拓撲變換器穩定性條件，提出了Middlebrook判據。但是，目前在整體的參數設計的過程中，穩定性的判據仍然未被考慮，導致級聯型拓撲所獲得的參數雖然前級后級拓撲都可以各自滿足輸出穩定，但是整體系統不能滿足穩定性需求。

因此，為了實現對含有諧振拓撲的級聯型變換器穩定可靠運行進行參數優化設計，本發明提出了一種具有設計方法簡單直觀、設計效果良好的參數設計方法，該方法非常適用于含有諧振拓撲的級聯型變換器。

發明內容

為解決上述背景技術中提出的問題，本發明的目的在于設計一種適用于含有諧振拓撲的級聯型變換器，且方法簡單直觀、設計效果良好的參數設計方法。

步驟1：根據應用需求的額定輸入電壓、額定輸出電壓以及體積需求，確定諧振變換器中變壓器的匝比和額定工作頻率；

步驟2：基于所選擇的開關器件參數搭建電力電子仿真模型；并基于額定工作狀況下仿真模型所獲得的關斷電流計算出實現ZVS所需時間最短時間，獲得死區時間；判斷是否滿足ZVS和死區時間的設定需求，對應確定關斷電流或死區以及ZVS實現的變量的取值范圍；

步驟3：根據變換器應用的增益需求范圍確定部分參數的選值變化范圍，該變化范圍應當設置得非常寬，涵蓋每一個參數可能的取值范圍，以便后續進行篩選；

步驟4：根據諧振變換器選取的額定工作頻率確定其余諧振參數的選值變換范圍；

步驟5：基于基波等效分析法建立諧振變換器的穩態分析模型；

步驟6：基于功率等級和輸出電壓確定后級電路中的對應參數的取值范圍；

步驟7：推導出前級諧振拓撲的輸出阻抗和后級拓撲的輸入阻抗，并基于Middlebrook判據，建立穩定性限制條件|Z_{out_F}|≤|Z_{in_B}|；

步驟8：根據所得數學模型以及應用需求建立對應的包括增益M，頻率f_r，輸出電壓，輸入電壓，阻抗角ZVS實現以及穩定性等限制條件，并在Matlab中建立對應程序進行輪尋篩選，尋找符合應用需求的參數組；

步驟9：記錄所有符合條件的參數組，并經過仿真驗證參數特性是否真正滿足需求，如果不滿足需求則適當改變參數選取范圍并重新選擇變換器參數再一次完成上述步驟直至找到經驗證符合需求的一組或多組參數組；