[發明專利]一種混合雙向LLC-DAB變換器的優化設計方法

在審

• 申請號: 202211432928.8
• 申請日: 2022-11-16
• 公開（公告）號: CN115694166A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 廖粵峰;梁靜;王琦;于坤杰;郭偉峰;岳彩通;劉陳;陳科;楊朵;李俊俊;燕雨;隨權;畢瑩;于明淵
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H02M3/00
• 分類號: H02M3/00;H02M3/28;H02M3/335
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

本發明公開了一種混合雙向LLC?DAB變換器的優化設計方法，涉及開關電源技術領域，包括以下步驟：確定混合雙向LLC?DAB變換器結構；確定混合雙向LLC?DAB變換器中的開關實現零電壓開通的參數邊界條件，計算混合雙向LLC?DAB變換器的總損耗、動態性能的表達式；確定影響總損耗的表達式的參數，影響動態性能的表達式的參數；采用多目標粒子群優化算法對各個參數進行優化，實現對混合雙向LLC?DAB變換器的優化。本發明能夠定量的選擇混合雙向LLC?DAB變換器中的功率容量分配參數和電路中的無源元件參數，在滿足動態性能的前提下盡可能的提高變換器效率，使具有高效功率傳輸的LLC諧振變換器電路最大化利用。

技術領域

本發明涉及開關電源技術領域，具體為一種混合雙向LLC-DAB變換器的優化設計方法。

背景技術

目前廣泛使用的雙向隔離DC-DC變換器模塊，如雙向LLC諧振變換器和雙有源橋(DAB)變換器，都有其自身的缺點:前者會在大電壓調節范圍內引入高循環電流，降低效率。后者在輕負載時易失去軟開關，在重負載時關斷損耗大。

隨著實際應用中電壓等級和功率等級的提高，多雙向隔離DC-DC變換器模塊組合系統已成為全球學者的研究熱點。常見的組合結構主要包括多個DAB轉換器的組合和多個LLC轉換器的組合。為了克服單個變換器模塊自身的缺點，提高組合式雙向隔離DC-DC變換器的性能，許多研究將DAB變換器模塊和雙向LLC諧振變換器模塊組合在Sigma結構中，可以利用雙向LLC諧振變換器模塊在直流變壓器(DCX)模式功率傳輸中的高效率，以及DAB轉換模塊雙向功率流控制的靈活性。它不僅實現了寬負載范圍內的高效功率傳輸，而且提高了雙向潮流下的動態性能。而目前已有的LLC-DAB變換器組合方案帶來了大量的開關。

針對LLC-DAB混合轉換器存在的上述問題和電路結構復雜的問題，現有技術中提出了一種改進的LLC-DAB混合雙向轉換器，該轉換器將二次側整流橋電路進行多路復用，可以去掉四個開關器件，實現LLC電路雙向所有開關器件的全負荷范圍軟開關ZVS，提高了變換器的效率。

然而，在上述提出的混合雙向LLC-DAB變換器的研究中，他們只是簡單地說明了主要功率通過LLC諧振變換器，DAB變換器處理部分功率。它的具體功率分配原理沒有詳細討論。此外，在某些研究中，提出DAB變換器比LLC諧振變換器效率更高，而以往的研究大多認為LLC諧振變換器效率更高，但都是定性分析，沒有進行定量比較。大部分的設計都是基于功率分配采用工程經驗來給出后去設計相應的電路元件參數，不具備通用性和實用性。同時，如果采用復雜的模型計算方法，雖然精度能夠提高，但也不能完全反應系統特性，還帶來了復雜的計算度。

根據上述研究現狀可知，混合LLC-DAB雙向變換器具有很好的應用前景，但其中的參數優化設計還沒有明確的方法。為了更好地利用LLC-DAB混合雙向轉換器，需要對其功率分配關系進行優化，這直接決定了系統的效率和動態性能。但是，由于這兩個性能指標很難同時考慮，因此很難直接進行設計。因此，在設計過程中可以考慮采用先進的優化算法。近年來，為了獲得最優結果，電力電子領域經常采用蜂群優化(BCO)、粒子群優化(PSO)和遺傳算法(GA)等優化算法。在本發明中需要優化的目標有兩個以上，需要引入多目標優化算法，這在DC-DC變換器的設計中研究較少。

發明內容

本發明提出了一種混合雙向LLC-DAB變換器的優化設計方法，用以解決上述背景技術中提出的問題。

本發明提供了一種混合雙向LLC-DAB變換器的優化設計方法，包括以下步驟：

將輔助DAB電路變壓器的二次側與LLC一次側電路變壓器的二次側并聯，得到混合雙向LLC-DAB變換器結構；

采用降階建模法建立混合雙向LLC-DAB變換器的輸入電壓與輸出電壓之間的傳遞函數，采用LLC一次側電路的穿越角頻率、輔助DAB電路的單相移相，分別表征混合雙向LLC-DAB變換器的輸入電壓、輸出電壓的動態性能，得到混合雙向LLC-DAB變換器的整體動態性能表達式；