[發(fā)明專利]一種混合雙向LLC-DAB變換器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211432928.8
• 申請(qǐng)日: 2022-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN115694166A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(quán);畢瑩;于明淵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/00
• 分類號(hào): H02M3/00;H02M3/28;H02M3/335
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

本發(fā)明公開了一種混合雙向LLC?DAB變換器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，涉及開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：確定混合雙向LLC?DAB變換器結(jié)構(gòu)；確定混合雙向LLC?DAB變換器中的開關(guān)實(shí)現(xiàn)零電壓開通的參數(shù)邊界條件，計(jì)算混合雙向LLC?DAB變換器的總損耗、動(dòng)態(tài)性能的表達(dá)式；確定影響總損耗的表達(dá)式的參數(shù)，影響動(dòng)態(tài)性能的表達(dá)式的參數(shù)；采用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合雙向LLC?DAB變換器的優(yōu)化。本發(fā)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(shù)和電路中的無(wú)源元件參數(shù)，在滿足動(dòng)態(tài)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?shù)腖LC諧振變換器電路最大化利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種混合雙向LLC-DAB變換器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

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(diǎn):前者會(huì)在大電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)引入高循環(huán)電流，降低效率。后者在輕負(fù)載時(shí)易失去軟開關(guān)，在重負(fù)載時(shí)關(guān)斷損耗大。

隨著實(shí)際應(yīng)用中電壓等級(jí)和功率等級(jí)的提高，多雙向隔離DC-DC變換器模塊組合系統(tǒng)已成為全球?qū)W者的研究熱點(diǎn)。常見的組合結(jié)構(gòu)主要包括多個(gè)DAB轉(zhuǎn)換器的組合和多個(gè)LLC轉(zhuǎn)換器的組合。為了克服單個(gè)變換器模塊自身的缺點(diǎn)，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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換模塊雙向功率流控制的靈活性。它不僅實(shí)現(xiàn)了寬負(fù)載范圍內(nèi)的高效功率傳輸，而且提高了雙向潮流下的動(dòng)態(tài)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(guān)。

針對(duì)LLC-DAB混合轉(zhuǎn)換器存在的上述問題和電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，現(xiàn)有技術(shù)中提出了一種改進(jìn)的LLC-DAB混合雙向轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器將二次側(cè)整流橋電路進(jìn)行多路復(fù)用，可以去掉四個(gè)開關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)LLC電路雙向所有開關(guān)器件的全負(fù)荷范圍軟開關(guān)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(jiǎn)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(xì)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(rèn)為L(zhǎng)LC諧振變換器效率更高，但都是定性分析，沒有進(jìn)行定量比較。大部分的設(shè)計(jì)都是基于功率分配采用工程經(jīng)驗(yàn)來給出后去設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路元件參數(shù)，不具備通用性和實(shí)用性。同時(shí)，如果采用復(fù)雜的模型計(jì)算方法，雖然精度能夠提高，但也不能完全反應(yīng)系統(tǒng)特性，還帶來了復(fù)雜的計(jì)算度。

根據(jù)上述研究現(xiàn)狀可知，混合LLC-DAB雙向變換器具有很好的應(yīng)用前景，但其中的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)還沒有明確的方法。為了更好地利用LLC-DAB混合雙向轉(zhuǎn)換器，需要對(duì)其功率分配關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化，這直接決定了系統(tǒng)的效率和動(dòng)態(tài)性能。但是，由于這兩個(gè)性能指標(biāo)很難同時(shí)考慮，因此很難直接進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，在設(shè)計(jì)過程中可以考慮采用先進(jìn)的優(yōu)化算法。近年來，為了獲得最優(yōu)結(jié)果，電力電子領(lǐng)域經(jīng)常采用蜂群優(yōu)化(BCO)、粒子群優(yōu)化(PSO)和遺傳算法(GA)等優(yōu)化算法。在本發(fā)明中需要優(yōu)化的目標(biāo)有兩個(gè)以上，需要引入多目標(biāo)優(yōu)化算法，這在DC-DC變換器的設(shè)計(jì)中研究較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種混合雙向LLC-DAB變換器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，用以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

本發(fā)明提供了一種混合雙向LLC-DAB變換器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

將輔助DAB電路變壓器的二次側(cè)與LLC一次側(cè)電路變壓器的二次側(cè)并聯(lián)，得到混合雙向LLC-DAB變換器結(jié)構(gòu)；

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(shù)，采用LLC一次側(cè)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(dòng)態(tài)性能，得到混合雙向LLC-DAB變換器的整體動(dòng)態(tài)性能表達(dá)式；