Llc諧振變換器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及到諧振變換器的技術(shù)和分析技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] LLC諧振變換器最早在1980年代就W被提出，是在傳統(tǒng)LC二階諧振變換器基礎(chǔ)上 增加一個(gè)并聯(lián)諧振電感改進(jìn)而來，相對(duì)于普通串聯(lián)、并聯(lián)諧振變換器在特性上有了明顯的 改善。近年來LLC諧振變換器成為功率變換器的研究熱口拓?fù)?，并且成功地?yīng)用到不同的 電源產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)高性能的DC/DC變換。
[0003] LLC諧振變換器具有寬負(fù)載、寬輸入電壓范圍，具有單純串聯(lián)諧振變換器和并聯(lián)諧 振變換器無法比擬的優(yōu)勢(shì)，因而得到行業(yè)內(nèi)技術(shù)人員的廣泛關(guān)注和深入研究。為了提高功 率密度并減小體積，設(shè)計(jì)者不斷提高變換器的開關(guān)頻率，但隨之而來的是開關(guān)損耗的增加， W及變換器效率的降低。如何通過有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)揮LLC諧振變換器的優(yōu)勢(shì)越來越成為 相關(guān)領(lǐng)域研究人員所關(guān)注的熱點(diǎn)問題。
[0004] 目前，相關(guān)設(shè)計(jì)仍依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，缺乏一個(gè)能夠?qū)ぷ黝l率、損耗及增益進(jìn) 行綜合評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，因此難W準(zhǔn)確找到能夠平衡各項(xiàng)指標(biāo)要求的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，或者 由于約束條件多且指標(biāo)要求相互制約而造成計(jì)算復(fù)雜和求解困難。傳統(tǒng)的LLC諧振變換器 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法常W主回路諧振電流有效值作為主回路損耗大小判斷標(biāo)志，但由于勵(lì)磁電感 與諧振電感比m、品質(zhì)因數(shù)Q在表達(dá)式中均與主回路諧振電流有效值成單調(diào)關(guān)系，因此還需 設(shè)定其他條件進(jìn)行約束，常用約束條件有原邊開關(guān)管零電壓開關(guān)（ZeroVoltageSwitch， ZV巧條件和變換器電壓增益取值。但此類方法往往造成由于約束條件過多而計(jì)算求解困 難，或者無法取得解析解，給工程應(yīng)用造成困難。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通過增加評(píng)價(jià)指標(biāo)，將主回 路諧振電流有效值、峰值增益頻率點(diǎn)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，但此類方法不具有直觀性，無 法使設(shè)計(jì)者清晰簡(jiǎn)便地觀測(cè)變換器設(shè)計(jì)指標(biāo)。而在工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者為避免復(fù)雜的計(jì)算， 由大量實(shí)驗(yàn)及計(jì)算得到了不同參數(shù)取值下的變換器增益、頻率范圍及效率評(píng)價(jià)指標(biāo)，再用 查表法找到最接近設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)方案，此類方案依靠于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，且無法由設(shè)計(jì)者的不 同要求進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，只能做到粗趟的近似化設(shè)計(jì)，從而給LLC諧振變換器的優(yōu)化設(shè)計(jì)帶 來了諸多不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于功率因數(shù)角評(píng)價(jià)的LLC諧振變換器優(yōu)化 設(shè)計(jì)方法，解決了傳統(tǒng)的LLC諧振變換器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法評(píng)價(jià)指標(biāo)不直觀、互不統(tǒng)一W及優(yōu) 化設(shè)計(jì)無法綜合考慮變換器諸多性能的問題，同時(shí)兼顧諧振變換器的轉(zhuǎn)換效率和安全性。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為如下。
[0007] 一種電感-電感-電容諧振變換器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，所述方法包括步驟：
[000引 A、獲取電感-電感-電容諧振變換器性能參數(shù)；
[0009] B、將電感-電感-電容諧振變換器電路變換為等效電路；
[0010] c、根據(jù)諧振回路功率因數(shù)角為零的條件，確定過載條件下電感-電感-電容諧振 變換器勵(lì)磁電感與諧振電感比值m與品質(zhì)因數(shù)Q之間的第一關(guān)系；
[0011] D、根據(jù)電壓增益與歸一化工作頻率極值點(diǎn)之間的關(guān)系，確定電感-電感-電容諧 振變換器勵(lì)磁電感與諧振電感比值m與品質(zhì)因數(shù)Q之間的第二關(guān)系；
[0012] E、結(jié)合所述第一關(guān)系與第二關(guān)系，求取電感-電感-電容諧振變換器勵(lì)磁電感與 諧振電感比值m與品質(zhì)因數(shù)Q;
[0013] F、基于所述勵(lì)磁電感與諧振電感比值m與品質(zhì)因數(shù)Q，確定電感-電感-電容諧振 變換器的諧振電感、勵(lì)磁電感和諧振電容值。
[0014] 其中所述過載條件為120%重載。
[0015] 所述獲取電感-電感-電容諧振變換器性能參數(shù)包括輸入電壓最大值輸入 電壓最小值歸一化最大工作頻率、歸一化最小工作頻率f"i。、變壓器變比n、諧振 頻率fdW及電壓增益最小值Mmi。。
[0016] 特別地，步驟C中，根據(jù)諧振回路功率因數(shù)角為零的條件，確定過載條件下電 感-電感-電容諧振變換器勵(lì)磁電感與諧振電感比值m與品質(zhì)因數(shù)Q之間的第一關(guān)系包 括：
[0017] 所述過載條件下，諧振回路功率因數(shù)角為：
[001 引
[0019] 確定當(dāng)諧振回路功率因數(shù)角為零時(shí)，勵(lì)磁電感與諧振電感比值m與品質(zhì)因數(shù)Q之 間的第一關(guān)系為：
[0020]
其中，
[0021] 為歸一化最小工作頻率，
[0022] 0為負(fù)載率，
[002引 Q為品質(zhì)因數(shù)，
[0024]m為勵(lì)磁電感與諧振電感比值。
[0025] 另外步驟D中根據(jù)電壓增益與歸一化工作頻率極值點(diǎn)之間的關(guān)系，確定電感-電 感-電容諧振變換器勵(lì)磁電感與諧振電感比值m與品質(zhì)因數(shù)Q之間的第二關(guān)系包括：
[0026] 電壓增益M與勵(lì)磁電感與諧振電感比值m與品質(zhì)因數(shù)Q之間的關(guān)系為：
[0029]電壓增益取最大值心"時(shí)，峰值增益頻率f。為歸一化最小工作頻率f
[0030] 確定心"后，即有勵(lì)磁電感與諧振電感比值m與品質(zhì)因數(shù)Q的第二關(guān)系。
[0031] 另外，所述設(shè)計(jì)方法還包括利用已知?jiǎng)?lì)磁電感與諧振電感比值m與品質(zhì)因數(shù)Q確 定峰值增益頻率，其中，
[0032] 歸一化工作頻率f。的表達(dá)式為；
[003引-4+4fn2+4mfn2+2Q2m2fn6-2m2Q2fn2= 0，
[0034]將其降次，并根據(jù)勵(lì)磁電感與諧振電感比值m與品質(zhì)因數(shù)Q的取值范圍，利用所述 降次表達(dá)式的根判別式確定電壓增益最大值Mm。式t應(yīng)的工作頻率作為峰值增益頻率。
[0035] 其中所述勵(lì)磁電感與諧振電感比值m的取值范圍為2到8之間，品質(zhì)因數(shù)Q的取 值范圍為1W下。
[0036]通過采用本發(fā)明的LLC諧振變換器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了W下技術(shù)效果。
[0037] 1.提出了W諧振回路功率因數(shù)角0作為L(zhǎng)LC諧振變換器評(píng)價(jià)指標(biāo)，解決了傳統(tǒng)的 LLC諧振變換器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法評(píng)價(jià)指標(biāo)不直觀、互不統(tǒng)一、約束條件過多造成的觀測(cè)不便和 設(shè)計(jì)困難的問題，實(shí)現(xiàn)了諧振變換器的轉(zhuǎn)換效率和安全性兼顧的設(shè)計(jì)策略。
[003引2.W諧振回路無功環(huán)流最小為目標(biāo)，W開關(guān)管零電壓開通和諧振電容、電感電氣 應(yīng)力為約束條件，設(shè)計(jì)勵(lì)磁電感與諧振電感之比值m和品質(zhì)因數(shù)Q，解決了無法找到能夠使 變換器在ZVS區(qū)域工作范圍最大化和通態(tài)損耗最小化平衡點(diǎn)的問題。
[0039] 3.本發(fā)明提出了峰值增益頻率點(diǎn)計(jì)算方法，解決了無法精確找到峰值增益頻率的 問題。
【附圖說明】
[0040] 圖1為典型的全橋LLC諧振變換器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0041] 圖2為L(zhǎng)LC諧振變換器交流等效電路圖。
[0042] 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中LLC諧振變換器優(yōu)化設(shè)計(jì)流程示意圖。
[0043] 圖4為電壓增益與歸一化工作頻率的關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0045]W下公開詳細(xì)的示范實(shí)施例。然而，此處公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅僅是出于 描述示范實(shí)施例的目的。
[0046]然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于公開的具體示范實(shí)施例，而是覆蓋落入本公開范 圍內(nèi)的所有修改、等同物和替換物。在對(duì)全部附圖的描述中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元 件。
[0047] 同時(shí)應(yīng)該理解，如在此所用的術(shù)語'嘴/或"包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的列出項(xiàng)的任意 和所有組合。另外應(yīng)該理解，當(dāng)部件或單元被稱為"連接"或"禪接"到另一部件或單元時(shí)， 它可W直接連接或禪接到其他部件或單元，或者也可W存在中間部件或單元。此外，用來描 述部件或單元之間關(guān)系的其他詞語應(yīng)該按照相同的方式理解（例如，"之間"對(duì)"直接