[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

说明书

本发明属于级联型直流变换器参数设计技术领域，涉及含有谐振拓扑的级联型直流变换器参数设计方法，尤其是应用于级联变换器的参数设计方法及应用该方法的级联变换器。本发明中，采用建立限制条件并参数轮寻最终以效率为目标函数进行检索，并结合级联变换器拓扑的稳定性判据建立新的限制条件，最终获得最优参数组。应用所述设计方法对于以LLC+Buck为例的级联型变换器进行参数设计，采用该设计方法后，LLC和Buck拓扑的输出电压的输出稳定性高，变换器的总体开关损耗被降至最低且可明显实现软开关的功能，具有良好的设计效果。

技术领域

本发明属于级联型直流变换器参数设计技术领域，涉及含有谐振拓扑的级联型直流变换器参数设计方法，尤其是应用于级联变换器的参数设计方法及级联变换器。

背景技术

谐振软开关直流变换器因其具有结构简单、较高变换效率、良好的EMI特性和较宽的输入输出电压调节范围等优势，在直流配用电系统、LED驱动、分布式发电等领域具有广泛的应用。

目前，对于如LLC、CLLC等谐振软开关直流拓扑单体而言，虽然已经具有较为成熟的应用技术和参数设计方法，但对于含有谐振软开关拓扑的级联型变换器，由于结构更加复杂，采用传统的参数设计方法可能会导致整体稳定性上存在一些问题。

因此，许多学者从数学模型和稳定性分析的角度出发，研究级联型拓扑变换器稳定性条件，提出了Middlebrook判据。但是，目前在整体的参数设计的过程中，稳定性的判据仍然未被考虑，导致级联型拓扑所获得的参数虽然前级后级拓扑都可以各自满足输出稳定，但是整体系统不能满足稳定性需求。

因此，为了实现对含有谐振拓扑的级联型变换器稳定可靠运行进行参数优化设计，本发明提出了一种具有设计方法简单直观、设计效果良好的参数设计方法，该方法非常适用于含有谐振拓扑的级联型变换器。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于设计一种适用于含有谐振拓扑的级联型变换器，且方法简单直观、设计效果良好的参数设计方法。

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|Z_{out_F}|≤|Z_{in_B}|；

步骤8：根据所得数学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；

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；