[发明专利]一种宽输入电压范围的电子变压器参数设计方法

说明书

一种宽输入电压范围的电子变压器参数设计方法，所述方法以宽范围高压输入、低压大电流输出的半桥LLC谐振电路实际应用为背景，首先对其拓扑结构及数学模型进行分析，然后通过直流增益公式分析了电子变压器的直流增益特性。以此为基础，分析和研究了谐振参数对电子变压器各项性能的影响，并给出谐振参数与各个性能指标之间的函数关系式，从而满足电子变压器能够在宽输入、全负载范围内实现稳压输出，得到较高功率密度的谐振型电子变压器。最后搭建了实验样机，并测试了电子变压器的调压性能和不同负载下的效率。实验结果表明，LLC型电子变压器能够在宽输入、全负载范围内实现稳压输出及高功率密度需求。

技术领域

本发明涉及一种宽输入电压范围的电子变压器参数设计方法，属电力电子技术领域。

背景技术

随着第三代半导体材料被广泛应用于电力电子领域，开关电源逐渐向小型化、高频化和高功率密度的方向发展，其中高频电子变压器(Power Electronic Transformer，PET)由于具有体积小和可控性高的特点而成为当下的研究热点。电子变压器的核心是高频DC-DC变换器，开关频率越高，功率开关管的开关损耗越显著。

为了降低开关损耗，通常利用谐振电路使开关器件运行在软开关状态。而电子变压器的软开关性能与谐振参数和控制策略的选择有直接关系。目前相关文献对电力电子变压器的参数设计与优化、高功率密度及宽输出电压范围等方面做了相关研究，但对于宽输入电压范围的参数设计及输出效率等整体分析较少，而宽范围输入电压以及效益需求却是工程实际需要解决的问题。

目前LLC谐振变换器主要有两种数学建模方法：一种是模态分析法，一种是基波分析法(FHA)。

模态分析法是根据电荷守恒和能量守恒定律列出时域高阶微分方程并求解。此类模态分析方法能精确地设计谐振参数，但是由于谐振网络的运行过程十分复杂，模态分析法就显得繁琐，不适合在工程领域推广。

发明内容

本发明的目的是，为了解决电子变压器在宽输入、全负载范围内实现稳压输出，获得较高功率密度的谐振型电子变压器，提出一种宽输入电压范围的电子变压器参数设计方法。

实现本发明的技术方案如下，一种宽输入电压范围的电子变压器参数设计方法，步骤如下：

(1)采用基波分析法来对LLC谐振变换器进行建模，得到变换器直流电压增益G的表达式为：

式中，谐振频率特性阻抗品质因素电感比归一化开关频率f_s为开关频率；L_r为谐振电感；C_r为谐振电容；f_r为谐振频率；n为变压器变比；P₀为负载功率；V₀为负载电压；L_m为励磁电感。

(2)定义LLC型电子变压器的归一化直流电压增益G_n：

G_n＝2n·G (2)

式中，G为变换器的直流增益，将式(1)代入式(2)，得：

(3)谐振参数对电子变压器的性能的影响及优化需求，包括谐振参数对电子变压器直流增益的影响、谐振参数对电子变压器输入阻抗的影响、谐振参数对变换器效率的影响。

所述谐振参数对电子变压器直流增益的影响：