[發明專利]一種雙向諧振式CLLC變換器參數優化設計方法

在審

• 申請號: 202011585866.5
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112737342A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 孫欣楠;陳敏;李博棟;陳寧;張東博;汪小青
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及DC/DC變換器領域，旨在提供一種雙向諧振式CLLC變換器參數優化設計方法。包括：根據目標變換器的工作場景設定輸入電壓、額定輸出電壓、輸出電壓范圍和諧振頻率；確定變壓器原副邊匝比；然后依次計算諧振腔最大增益；設定品質因數Q的具體數值；確定最大電感比；確定原邊諧振電感和原邊諧振電容的值等，逐步完成目標雙向諧振式CLLC變換器的參數設計。在符合設計需求的前提下，根據本發明設計的CLLC變換器有最大的勵磁電感，從而減小了諧振電流和電路損耗，提高了變換器的運行效率。可以避免傳統方法的反復迭代，優化設計過程。在采用高性能功率器件、增加同步整流電路等效率優化方案的基礎上，無需更多硬件電路的成本投入，進一步提升變換器效率。

技術領域

本發明屬于DC/DC變換器領域，涉及雙向諧振式CLLC電路的參數設計，具體涉及雙向諧振式CLLC變換器參數的優化設計方法。

背景技術

儲能系統在智能電網中有改善電能質量、提高分布式能源穩定性以及削峰填谷的作用。電網與儲能系統間通過雙向AC/DC變換裝置實現能量的雙向傳輸，由雙向AC/DC變換器和隔離型雙向DC/DC變換器組成的兩級式結構控制相對簡單、易于拓展，是目前研究的主流。其中，隔離型雙向DC/DC變換器是系統的關鍵環節，承擔著電壓等級變換、電氣隔離、控制功率流動等功能。

在隔離型雙向DC/DC變換器中，雙向諧振式CLLC變換器結構完全對稱，有自然軟開關和高功率密度的優點，其正反向運行時的工作特性完全相同，因此能夠實現雙向升降壓變換。在CLLC變換器中，勵磁電感與原邊諧振電感之比k影響變換器的損耗，當其他參數一定時，增大k可以減小諧振電流，降低功率器件和磁性元件的損耗，提高變換器效率。然而，電感比k較大時，由基波分析法(First harmonic approximation，FHA)得到的變換器增益曲線在工作頻率范圍內會存在不單調的區間，為穩定的閉環控制帶來困難；此外變換器還會存在容性工作區，在該區間內變換器會失去軟開關；且電感比的增大會使變換器的最大增益減小，降低其電壓輸出能力。

在目前的研究中，傳統的CLLC變換器設計方法通過迭代來確定變換器參數，迭代的過程中不斷判斷增益曲線是否滿足設計要求，直到獲得理想的設計參數。該方法未考慮參數對變換器效率的影響，且計算量較大。為了優化變換器運行效率，常用的手段有使用高性能開關器件、增加同步整流電路、應用磁集成變壓器等硬件方法，但會導致實現成本增加。

因此，對雙向諧振式CLLC變換器進行設計時，需要對現有技術進行改進，在滿足設計要求、避免不良特性出現的前提下，對k值進行最大化選取，使變換器獲得更高的效率。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種雙向諧振式CLLC變換器參數優化設計方法。

為解決上述技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種雙向諧振式CLLC變換器參數優化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據目標變換器的工作場景，設定輸入電壓V_in、額定輸出電壓V_o、輸出電壓范圍V_omin～V_omax和諧振頻率f_r；

(2)確定目標變換器中的變壓器原副邊匝比為

(3)計算目標變換器需滿足的諧振腔最大增益為

(4)根據目標變換器的基波等效模型，得到其直流增益表達式；

(5)根據工作場景實際情況設定品質因數Q的具體數值；

(6)確定保證目標變換器增益曲線在工作范圍內單調下降的最大電感比k_max1；

(7)確定保證目標變換器滿足增益設計要求的最大電感比k_max2