一种大功率LLC型DC-DC变换器谐振网络参数设计方法

本发明属于dc-dc变换器谐振网络参数设计领域，具体涉及一种大功率llc型dc-dc变换器谐振网络参数设计方法，特别涉及一种定谐振电容迭代参数修正计算方法。

背景技术：

1、目前关于llc型dc-dc变换器的参数设计方法大多用于小功率场景下，当传统常规的参数计算方法应用于大功率场景下，可靠性极低。其可靠性极低的原因在于大功率所特有的寄生参数问题，对llc型dc-dc变换器来说为关键部件之一的高频变压器设计难度极大，在小功率下可以有超高性能特性的llc结构参数设计方法将不再适用。其主要原因为：高频变压器励磁电感lm值在大功率场景下无法准确确定，按照传统参数计算方法，过小的励磁电感量在大功率下不再适用，会使部件发热严重，无法可靠运行。

2、llc的参数设计方法的合理性决定着llc型dc-dc变换器的性能，应用到工程实际时，是一个多目标优化问题。在配和所设计频率进行参数谐振电容cr值和谐振电感lr值计算时，谐振电容的电压应力不能过大，过大的谐振电容电压应力会危及系统安全以及可靠性。

技术实现思路

1、针对llc型dc-dc变换器应用于大功率场景下的谐振腔参数搭配问题，本发明提出一种大功率llc型dc-dc变换器谐振网络参数设计方法，其为一种抑制谐振电容电压应力的同时提升电能变换效率的参数设计方法，可以有效规避大功率应用场景下llc型dc-dc变换器应用的局限性。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种大功率llc型dc-dc变换器谐振网络参数设计方法，包括定m变q迭代和参数修正；其中，m表示励磁电感lm与谐振电感lr的比值，q表示品质因数；计算开始时，将m定为≥5的数值，然后由确定的谐振电容cr结合设计频率得到谐振电感lr，再次依据llc谐振dc-dc变换器的增益曲线判断此时的品质因数q是否满足所设计的dc-dc变换器的增益需求，如果不满足增益需求，将谐振电容cr逐渐增大，谐振电感lr减小，进行迭代至满足增益需求后，输出此时的谐振电容cr、谐振电感lr；将所得到的谐振电感lr乘以x，直至所得到的励磁电感lm使大功率llc型dc-dc变换器拥有较高的可靠性，使谐振网络电路元件电压应力分布均匀，使谐振电容由1600v的电压应力降低至1100v。

4、进一步地，在计算开始时，根据m在定m变q曲线组里识别符合增益属性的相应的品质因数q，该相应的品质因数q在计算方法的迭代部分作为判断条件。

5、进一步地，选取确定的谐振电容cr时，使其电压应力低于1200v，配合设计频率计算出谐振电感lr。

6、进一步地，当所识别满足增益属性的品质因数q作为定m变q迭代的判断条件时，若不满足该判断条件，继续按照自定精度增大谐振电容cr、减小谐振电感lr，直至满足该判断条件，输出此时的谐振电容cr、谐振电感lr。

7、进一步地，对输出的谐振电容cr、谐振电感lr乘以x进行参数修正；参数修正确认谐振电感lr乘以x之后所得到的励磁电感lm是否足以支撑大功率llc型dc-dc变换器的可靠性。在大功率工况下，采用本发明的参数设计方法所设计的参数分布，可以有效运行。在自冷状态下，长期运行各部件温升分别为：谐振电感最高温升102℃，高频变压器一次侧igbt结温73℃，高频变压器温升97℃，变压器二次侧整流二极管温升为89℃。

8、本发明以定谐振电容为基础，通过搜寻满足设计需求的llc增益曲线，以选取的增益曲线的q值作为定m变q迭代的判断条件，对于配合设计频率所得到的的谐振电容cm与谐振电感lr组合进行可靠性评估，对参数组合进行微调，判断循环，直至满足可靠性要求后输出结果。

9、本发明应用于该dc-dc变换系统时，使其工作电压应力低于1200v的谐振电容参数。

10、本发明在满足第一部分判断条件输出参数组合后，对谐振电感lr进行x的乘积，得到高频变压器的励磁电感lm的参数，励磁电感lm的数值应在相应大功率应用场景下具有不影响高频变压器的运行性能，可以使其安全稳定运行的特征。在参数计算的最后对高频变压器的励磁电感lm进行参数修正，也就是第二轮的参数组合可靠性评估。

11、本发明利用以定谐振电容以及增益曲线搜寻技术为基础，以搜寻增益曲线的q值作为判断条件，进行了定m变q迭代，对谐振电容cr以及谐振电感lr的参数组合进行第一次可靠性评估后输出结果，使llc型dc-dc变换器的谐振电容电压应力降低，提升了直流升压变换的安全性和可靠性。将输出后的结果由上述进行第二次可靠性评估之后得出完整的谐振腔参数不仅进一步的提升了直流变换升压系统的可靠性还提升了变换效率。

12、本发明至少具有以下有益效果：

13、基于本发明所提出的大功率llc型dc-dc变换器谐振网络参数设计方法，可以有效规避在大功率应用场景下存在的诸多问题，有效抑制了谐振电容电压应力，提升了dc-dc变换器直流变换效率的同时允许一定范围的输入电压，具有良好的运行性能。最后对于谐振电容的倍乘得到励磁电感值还可以使llc型dc-dc变换器整体转换效率变高。

技术特征：

1.一种大功率llc型dc-dc变换器谐振网络参数设计方法，其特征在于，包括定m变q迭代和参数修正；其中，m表示励磁电感lm与谐振电感lr的比值，q表示品质因数；计算开始时，将m定为≥5的数值，然后由确定的谐振电容cr结合设计频率得到谐振电感lr，再次依据llc谐振dc-dc变换器的增益曲线判断此时的品质因数q是否满足所设计的dc-dc变换器的增益需求，如果不满足增益需求，将谐振电容cr逐渐增大，谐振电感lr减小，进行迭代至满足增益需求后，输出此时的谐振电容cr、谐振电感lr；将所得到的谐振电感lr乘以x，直至所得到的励磁电感lm使大功率llc型dc-dc变换器拥有较高的可靠性，使谐振网络电路元件电压应力分布均匀，使谐振电容由1600v的电压应力降低至1100v。

2.如权利要求1所述的一种大功率llc型dc-dc变换器谐振网络参数设计方法，其特征在于：在计算开始时，根据m在定m变q曲线组里识别符合增益属性的相应的品质因数q，该相应的品质因数q在计算方法的迭代部分作为判断条件。

3.如权利要求1所述的一种大功率llc型dc-dc变换器谐振网络参数设计方法，其特征在于：选取确定的谐振电容cr时，使其电压应力低于1200v，配合设计频率计算出谐振电感lr。

4.如权利要求2所述的一种大功率llc型dc-dc变换器谐振网络参数设计方法，其特征在于：当所识别满足增益属性的品质因数q作为定m变q迭代的判断条件时，若不满足该判断条件，继续按照自定精度增大谐振电容cr、减小谐振电感lr，直至满足该判断条件，输出此时的谐振电容cr、谐振电感lr。

5.如权利要求4所述的一种大功率llc型dc-dc变换器谐振网络参数设计方法，其特征在于：对输出的谐振电容cr、谐振电感lr乘以x进行参数修正；参数修正确认谐振电感lr乘以x之后所得到的励磁电感lm是否足以支撑大功率llc型dc-dc变换器的可靠性。

技术总结
本发明公开了一种大功率LLC型DC‑DC变换器谐振网络参数设计方法，属于大功率电力电子装备研发技术领域。所述参数计算方法为定谐振电容参数设计方法，主要以两个环节组成：定m变Q迭代以及参数修正环节。通过大量仿真以及实验验证选取合适的谐振电容值，然后将确定的谐振电容值配合所对应的设计频率，计算谐振电感值，再对所得到的电感值进行倍乘得高频变压器励磁电感值。本发明可以提升大功率LLC型DC‑DC变换器在能量变换过程中的可靠性以及效率。

技术研发人员：卢俊龙,唐格斯,王环,王一波
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19