Llc谐振变换器优化设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力电子技术领域，特别是设及到谐振变换器的技术和分析技术。
【背景技术】
[0002] LLC谐振变换器最早在1980年代就W被提出，是在传统LC二阶谐振变换器基础上 增加一个并联谐振电感改进而来，相对于普通串联、并联谐振变换器在特性上有了明显的 改善。近年来LLC谐振变换器成为功率变换器的研究热口拓扑，并且成功地应用到不同的 电源产品中，实现高性能的DC/DC变换。
[0003] LLC谐振变换器具有宽负载、宽输入电压范围，具有单纯串联谐振变换器和并联谐 振变换器无法比拟的优势，因而得到行业内技术人员的广泛关注和深入研究。为了提高功 率密度并减小体积，设计者不断提高变换器的开关频率，但随之而来的是开关损耗的增加， W及变换器效率的降低。如何通过有效的优化设计发挥LLC谐振变换器的优势越来越成为 相关领域研究人员所关注的热点问题。
[0004] 目前，相关设计仍依赖于设计者的经验，缺乏一个能够对工作频率、损耗及增益进 行综合评价的设计指标，因此难W准确找到能够平衡各项指标要求的最佳设计参数，或者 由于约束条件多且指标要求相互制约而造成计算复杂和求解困难。传统的LLC谐振变换器 优化设计方法常W主回路谐振电流有效值作为主回路损耗大小判断标志，但由于励磁电感 与谐振电感比m、品质因数Q在表达式中均与主回路谐振电流有效值成单调关系，因此还需 设定其他条件进行约束，常用约束条件有原边开关管零电压开关（ZeroVoltageSwitch， ZV巧条件和变换器电压增益取值。但此类方法往往造成由于约束条件过多而计算求解困 难，或者无法取得解析解，给工程应用造成困难。为了简化计算，通过增加评价指标，将主回 路谐振电流有效值、峰值增益频率点作为评价指标进行优化，但此类方法不具有直观性，无 法使设计者清晰简便地观测变换器设计指标。而在工程设计中，设计者为避免复杂的计算， 由大量实验及计算得到了不同参数取值下的变换器增益、频率范围及效率评价指标，再用 查表法找到最接近设计要求的设计方案，此类方案依靠于实践经验，且无法由设计者的不 同要求进行精确设计，只能做到粗趟的近似化设计，从而给LLC谐振变换器的优化设计带 来了诸多不便。
【发明内容】
[0005] 鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于功率因数角评价的LLC谐振变换器优化 设计方法，解决了传统的LLC谐振变换器优化设计方法评价指标不直观、互不统一W及优 化设计无法综合考虑变换器诸多性能的问题，同时兼顾谐振变换器的转换效率和安全性。
[0006] 为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。
[0007] 一种电感-电感-电容谐振变换器优化设计方法，所述方法包括步骤：
[000引 A、获取电感-电感-电容谐振变换器性能参数；
[0009] B、将电感-电感-电容谐振变换器电路变换为等效电路；
[0010] c、根据谐振回路功率因数角为零的条件，确定过载条件下电感-电感-电容谐振 变换器励磁电感与谐振电感比值m与品质因数Q之间的第一关系；
[0011] D、根据电压增益与归一化工作频率极值点之间的关系，确定电感-电感-电容谐 振变换器励磁电感与谐振电感比值m与品质因数Q之间的第二关系；
[0012] E、结合所述第一关系与第二关系，求取电感-电感-电容谐振变换器励磁电感与 谐振电感比值m与品质因数Q;
[0013] F、基于所述励磁电感与谐振电感比值m与品质因数Q，确定电感-电感-电容谐振 变换器的谐振电感、励磁电感和谐振电容值。
[0014] 其中所述过载条件为120%重载。
[0015] 所述获取电感-电感-电容谐振变换器性能参数包括输入电压最大值输入 电压最小值归一化最大工作频率、归一化最小工作频率f"i。、变压器变比n、谐振 频率fdW及电压增益最小值Mmi。。
[0016] 特别地，步骤C中，根据谐振回路功率因数角为零的条件，确定过载条件下电 感-电感-电容谐振变换器励磁电感与谐振电感比值m与品质因数Q之间的第一关系包 括：
[0017] 所述过载条件下，谐振回路功率因数角为：
[001 引
[0019] 确定当谐振回路功率因数角为零时，励磁电感与谐振电感比值m与品质因数Q之 间的第一关系为：
[0020]
其中，
[0021] 为归一化最小工作频率，
[0022] 0为负载率，
[002引 Q为品质因数，
[0024]m为励磁电感与谐振电感比值。
[0025] 另外步骤D中根据电压增益与归一化工作频率极值点之间的关系，确定电感-电 感-电容谐振变换器励磁电感与谐振电感比值m与品质因数Q之间的第二关系包括：
[0026] 电压增益M与励磁电感与谐振电感比值m与品质因数Q之间的关系为：
[0029]电压增益取最大值心"时，峰值增益频率f。为归一化最小工作频率f
[0030] 确定心"后，即有励磁电感与谐振电感比值m与品质因数Q的第二关系。
[0031] 另外，所述设计方法还包括利用已知励磁电感与谐振电感比值m与品质因数Q确 定峰值增益频率，其中，
[0032] 归一化工作频率f。的表达式为；
[003引-4+4fn2+4mfn2+2Q2m2fn6-2m2Q2fn2= 0，
[0034]将其降次，并根据励磁电感与谐振电感比值m与品质因数Q的取值范围，利用所述 降次表达式的根判别式确定电压增益最大值Mm。式t应的工作频率作为峰值增益频率。
[0035] 其中所述励磁电感与谐振电感比值m的取值范围为2到8之间，品质因数Q的取 值范围为1W下。
[0036]通过采用本发明的LLC谐振变换器优化设计方法，实现了W下技术效果。
[0037] 1.提出了W谐振回路功率因数角0作为LLC谐振变换器评价指标，解决了传统的 LLC谐振变换器优化设计方法评价指标不直观、互不统一、约束条件过多造成的观测不便和 设计困难的问题，实现了谐振变换器的转换效率和安全性兼顾的设计策略。
[003引2.W谐振回路无功环流最小为目标，W开关管零电压开通和谐振电容、电感电气 应力为约束条件，设计励磁电感与谐振电感之比值m和品质因数Q，解决了无法找到能够使 变换器在ZVS区域工作范围最大化和通态损耗最小化平衡点的问题。
[0039] 3.本发明提出了峰值增益频率点计算方法，解决了无法精确找到峰值增益频率的 问题。
【附图说明】
[0040] 图1为典型的全桥LLC谐振变换器主电路拓扑结构示意图。
[0041] 图2为LLC谐振变换器交流等效电路图。
[0042] 图3为本发明【具体实施方式】中LLC谐振变换器优化设计流程示意图。
[0043] 图4为电压增益与归一化工作频率的关系示意图。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合附图，对本发明作详细说明。
[0045]W下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于 描述示范实施例的目的。
[0046]然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范 围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元 件。
[0047] 同时应该理解，如在此所用的术语'嘴/或"包括一个或多个相关的列出项的任意 和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为"连接"或"禪接"到另一部件或单元时， 它可W直接连接或禪接到其他部件或单元，或者也可W存在中间部件或单元。此外，用来描 述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解（例如，"之间"对"直接