[发明专利]应用于级联变换器的参数设计方法及级联变换器

权利要求书

1.应用于级联变换器的参数设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：根据应用需求的额定输入电压、额定输出电压以及体积需求，确定谐振变换器中变压器的匝比和额定工作频率；

步骤2：基于所选择的开关器件参数搭建电力电子仿真模型；并基于额定工作状况下仿真模型所获得的关断电流计算出实现ZVS所需时间最短时间，获得死区时间；判断是否满足ZVS和死区时间的设定需求，对应确定关断电流或死区时间以及ZVS实现的变量的取值范围；

步骤3：根据变换器应用的增益需求范围确定部分参数的选值变化范围，该变化范围应当设置得非常宽，涵盖每一个参数可能的取值范围，以便后续进行筛选；

步骤4：根据谐振变换器选取的额定工作频率确定其余谐振参数的选值变换范围；

步骤5：基于基波等效分析法建立谐振变换器的稳态分析模型；

步骤6：基于功率等级和输出电压确定后级电路中的对应参数的取值范围；

步骤7：推导出前级谐振拓扑的输出阻抗和后级拓扑的输入阻抗，并基于Middlebrook判据，建立稳定性限制条件；

步骤8：根据所得稳态分析模型以及应用需求建立对应的包括增益M，频率f_r，输出电压，输入电压，阻抗角φ，ZVS实现以及稳定性等限制条件，并在Matlab中建立对应程序进行轮寻筛选，寻找符合应用需求的参数组；

限制条件包括约束条件一：参数组必须使电路谐振点在500KHz附近，满足498kHz f_r 502kHz使得所述谐振变换器额定工作频率在500kHz附近获得最高效率；约束条件二：满足谐振变换器增益条件，在这里需要变频控制0.7-1.5频率范围内实现标准化增益0.8-1.2的调节，因此需满足M（0.7f_r）/M(f_r)1.2同时满足M(1.2f_r)/M(f_r)0.8；以满足宽输出电压调节的需求同时尽量接近谐振点保证变换器的高效率；约束条件三：参数分组必须满足阻抗角1φ0以使得谐振变换器工作在感性区间满足ZVS实现条件同时不能太大以避免过大的关断电流带来的损耗；约束条件四：参数分组必须保证前级谐振拓扑的输出阻抗的模值小于后级拓扑的输入阻抗的模值保证级联系统的稳定运行；约束条件五：考虑到实际工程原因，变压器的励磁电感一般具有3%~5%的漏感，因此需要使得电感L_r大于L_m的5%；

步骤9：记录所有符合条件的参数组，并经过仿真验证参数特性是否真正满足需求，如果不满足需求则适当改变参数选取范围并重新选择变换器参数再一次完成上述步骤直至找到经验证符合需求的一组或多组参数组；

步骤10：由于上一步中可能存在多个符合限制条件的参数组，为了选择出最优参数组，则建立新的目标函数，以新的目标函数为优化目标，分别计算获得各组参数下目标函数的结果，选择最优的参数组；

应用于级联变换器的参数设计方法的级联变换器，包括LLC+Buck的级联型变换器，所述LLC变化器由一个全桥逆变电路、一个谐振电路和一个二极管组成的推挽整流电路组成；所述谐振电路包括变压器T₁、谐振电感L_r和谐振电容C_r和相关谐振元件，L_m标示变压器T₁的励磁电感；V_H表示输入直流电压源，S₁- S₄是逆变电路的功率开关管，二极管D₁、D₂构成推挽整流电路；后级Buck由S₅-S₆两个开关管和续流储能电感L_b和输出侧滤波电容C_L电容构成，U_L为输出电压，C为LLC与Buck两级间的稳压滤波电容。