基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑及其控制方法技术

本发明专利技术提出了一种基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑及其控制方法，谐振变换腔包括依次串联在第一桥臂电路两端的第二电感、第一电容、第三电感和第一电感；第二电感上并联有第二电容；求解电压增益过程中，计算电感比和品质因数时，谐振电感由所述第一电感的电感量和引入的谐振电感耦合系数的比值表示，谐振电感耦合系数等于所述第一电感的电感量除所述第一电感的电感量与第二电感的电感量求和之后的商；本发明专利技术在经典LLC谐振基础上增加了两个谐振器件，实现了广泛应用于宽范围电压输入、轻载、重载和宽范围电压输出的场合的目的；同时针对改进后的拓扑，提出的分析方法，可以避免多谐振器件的因素，便于理解，能够快速得出各参数取值。得出各参数取值。得出各参数取值。

【技术实现步骤摘要】
基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑及其控制方法


[0001]本专利技术属于无源谐振变换器
，尤其涉及一种基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑及其控制方法。

技术介绍

[0002]当前，对于能够进行宽范围输入输出的DC/DC变换器，可以采用两级隔离拓扑方案，前级为不隔离的两电平/三电平BuckBoost电路拓扑，后级为隔离的LLC谐振电路；前级用于调节电压，而后级用于隔离；或者采用单级拓扑的Buck
‑
Boost电路具有良好的效率和动态响应性能，能够在较宽的电压输入范围内进行工作；还可以采用的LLC级联式拓扑同样也是是较为常用的方法；但是，上述各方法中分别存在采用多级转换电路的成本大电路结构复杂、不具备隔离性，开关损耗较大，影响变换器的转换效率、由于开关管和无源器件增多带来功率密度降低，效率降低等问题。
[0003]专利技术人发现，不存在对无源谐振变换器拓扑进行改进后得到仅有一级结构的简单拓扑结构，以满足宽范围电压输入、轻载、重载和宽范围电压输出的应用场合，且通过单纯添加谐振器件个数对无源谐振变换拓扑进行改良后，会直接带来参数多、影响复杂以及分析难度大等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑及其控制方法，本专利技术在经典LLC谐振基础上增加了两个谐振器件，实现了广泛应用于宽范围电压输入、轻载、重载和宽范围电压输出的场合的目的；同时针对改进后的拓扑，提出的分析方法，可以避免多谐振器件的因素，便于理解，能够快速得出各参数取值。
[0005]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑，采用如下技术方案：
[0006]基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑，包括依次连接的直流电压源、第一桥臂电路、谐振变换腔、变压器、第二桥臂电路和负载；
[0007]所述谐振变换腔包括依次串联在所述第一桥臂电路两端的第二电感、第一电容、第三电感和第一电感；所述第二电感上并联有第二电容；
[0008]求解电压增益过程中，计算电感比和品质因数时，谐振电感由所述第一电感的电感量和引入的谐振电感耦合系数的比值表示，所述谐振电感耦合系数等于所述第一电感的电感量除所述第一电感的电感量与所述第二电感的电感量求和之后的商。
[0009]进一步的，所述第一桥臂电路为全桥逆变电路或半桥逆变电路；所述第二桥臂电路为全桥整流电路或半桥整流电路。
[0010]进一步的，所述直流电压源上并联有第三电容，所述负载上并联有第四电容；所述第三电容和所述第四电容为滤波电容。
[0011]进一步的，电压增益求解方式为：归一化频率比的四次方、电感比和1减去所述谐
振电感耦合系数差三者的乘积作为被减数，归一化频率比的平方、电感比和电容比三者的乘积为减数；被减数和减数的差与阻抗的比值为电压增益。
[0012]进一步的，所述电感比为，所述第三电感的电感量比上谐振电感耦合系数和所述第一电感的电感量的积的比值。
[0013]进一步的，所述阻抗为，
[0014]Z(x)＝x4k(1
‑
d)+x4d(1
‑
d)
‑
x2n
‑
x2kn
‑
x2(1
‑
d)+n+jx5d(1
‑
d)kQ
‑
jx3knQ
‑
jx3(1
‑
d)kQ+jxknQ
[0015]其中，x为归一化频率比；k为电感比；d为谐振电感耦合系数；n为电容比；j为虚数单位；Q为品质因数。
[0016]进一步的，对得到的电压增益求解方式进行仿真，绘制增益的曲线，对比各自不同参数对电压增益造成的影响，选择满足所要求的的变化曲线，得到相对应的各个参数值，各个参数值包括谐振电感耦合系数、品质因数、n为电容比、x为归一化频率比、电感比和谐振角频率。
[0017]进一步的，所述第三电感为励磁电感，由所述变压器提供。
[0018]为了实现上述目的，第二方面，本专利技术还提供了一种基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑控制方法，采用如下技术方案：
[0019]基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑控制方法，采用了如第一方面中所述的基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑；包括：求解电压增益过程中，计算电感比和品质因数时，谐振电感由所述第一电感的电感量和引入的谐振电感耦合系数的比值表示，所述谐振电感耦合系数等于所述第一电感的电感量除所述第一电感的电感量与所述第二电感的电感量求和之后的商。
[0020]进一步的，电压增益求解方式为：归一化频率比的四次方、电感比和1减去所述谐振电感耦合系数差三者的乘积作为被减数，归一化频率比的平方、电感比和电容比三者的乘积为减数；被减数和减数的差与阻抗的比值为电压增益。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022]本专利技术在经典LLC谐振基础上增加了第一电容和第一电感两个谐振器件，实现了广泛应用于宽范围电压输入、轻载、重载和宽范围电压输出的场合的目的；同时，针对改进后拓扑求解电压增益过程中，引入了谐振电感耦合系数，提出的分析方法，可以避免多谐振器件的因素，便于理解，能够快速得出各参数取值。
附图说明
[0023]构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
[0024]图1为本专利技术实施例1的拓扑结构；
[0025]图2为本专利技术实施例1的改良型无源LC_LLC谐振变换器的等效电路；
[0026]图3为本专利技术实施例1的LLC谐振变换器的等效电路；
[0027]图4为本专利技术实施例1的某组参数下LLC以及LC_LLC改良型无源谐振变换器的电压增益曲线。
具体实施方式：
[0028]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0029]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]实施例1：
[0031]如图1所示，本实施例提供了一种基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑，包括直流电压源VDC、第一桥臂电路、谐振变换腔、变压器、第二桥臂电路直流负载RL等，所述第一桥臂电路和所述第二桥臂电路可以设置为全桥电路或者半桥电路；
[0032]所述直流电压源VDC上并联有第三电容C
IN
，所述第三电容C
IN
为稳压、滤波电容；所述第一桥臂电路，由四个或者两个可控的开关管构成，本实施例中的第一桥臂电路，可以包括第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3和第四开关管T4；所述谐振变换腔，包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑，其特征在于，包括依次连接的直流电压源、第一桥臂电路、谐振变换腔、变压器、第二桥臂电路和负载；所述谐振变换腔包括依次串联在所述第一桥臂电路两端的第二电感、第一电容、第三电感和第一电感；所述第二电感上并联有第二电容；求解电压增益过程中，计算电感比和品质因数时，谐振电感由所述第一电感的电感量和引入的谐振电感耦合系数的比值表示，所述谐振电感耦合系数等于所述第一电感的电感量除所述第一电感的电感量与所述第二电感的电感量求和之后的商。2.如权利要求1所述的基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑，其特征在于，所述第一桥臂电路为全桥逆变电路或半桥逆变电路；所述第二桥臂电路为全桥整流电路或半桥整流电路。3.如权利要求1所述的基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑，其特征在于，所述直流电压源上并联有第三电容，所述负载上并联有第四电容；所述第三电容和所述第四电容为滤波电容。4.如权利要求1所述的基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑，其特征在于，电压增益求解方式为：归一化频率比的四次方、电感比和1减去所述谐振电感耦合系数差三者的乘积作为被减数，归一化频率比的平方、电感比和电容比三者的乘积为减数；被减数和减数的差与阻抗的比值为电压增益。5.如权利要求4所述的基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑，其特征在于，所述电感比为，所述第三电感的电感量比上谐振电感耦合系数和所述第一电感的电感量的积的比值。6.如权利要求4所述的基于优化参数计算的无源谐振变换器的拓扑，其特征在于，所述阻抗为，Z(x)＝x4k(1
‑
d)+x4d(1
‑
d)
‑
x2n
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫跃，林楠，李军，杨朋威，陈肖璐，刘春晖，王纯，许才，郑博文，陈浩然，鲍音夫，任正，陈更，兰月，冯旭，刘志强，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：