一种LLC变流器、LLC变流器中变压器的设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了LLC变流器、LLC变流器中变压器的设计方法及系统。该方法包括：获取所述变流器的输出等效电阻与所述变流器的输出电压之间的关系式；根据所述关系式，采用仿真法，确定所述变流器的开关频率与输出电压的关系曲线、所述变流器的原边电流与输出电压的关系曲线；根据公式确定所述变流器磁芯的面积积的最大值；根据所述变流器磁芯的面积积的最大值选取变压器的型号。本发明专利技术提供的LLC变流器的各参数上述方法确定。本发明专利技术提供的LLC变流器、LLC变流器中变压器的设计方法及系统，使LLC变流器在脉宽调制时，既能避免磁件频率误差的产生，又能在整个输出电压范围内均满足设计要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变流器设计领域，特别是涉及一种LLC变流器中变压器的设计方法及系统。
技术介绍
LLC变流器由于具有软开关、宽输入输出电压范围、高效率、高功率密度、无噪音等优点，广泛应用于电脑适配器、车载充电机、服务器电源等高功率密度场合。LLC变流器常用的控制方法有脉冲频率调制(PFM，pulsefrequencymodulation)技术、脉宽调制(PWM，pulsewidthmodulation)技术和混合调制(HM，hybridmodulation)技术。PWM调制技术在欠谐振时功率器件上承受较大的电压尖峰，混合调制技术控制复杂，不利于工业应用。相比之下，PFM控制技术逻辑简单，容易实现，应用已很成熟。PFM是在基波近似分析法(FHA，fundamentalharmonicapproximation)的基础上提出的，其基本原理是通过改变LLC的工作频率，调节输出等效负载电阻的电压，进而对输出功率和输出电压进行调节，当应用于宽电压场合时，其工作频率较宽，变压器和谐振电感的工作频率随时发生着变化，而传统的磁件设计方法是在固定输出功率下仅考虑磁件单点频率工作的情况，因此，传统的磁件设计方法不能对LLC变流器的进行准确的设计。LLC变流器的磁件包括谐振电感和隔离变压器两部分，磁件的设计与LLC变流器的功率密度和效率有关，目前，LLC变流器磁件的设计沿用传统开关电源的设计方法，在给定谐振频率、输出功率和谐振点输出电压的情况下，采用面积积法(Ap法)确定磁芯的Ap值，然后根据窗口利用系数和电流密度等参数限制，对磁件进行设计。但是，宽电压应用时，当输出电压发生变化时，LLC变流器的工作频率和输出功率等均在不断发生变化，由谐振点所确定的Ap值不再满足实际工作要求，当LLC变流器在低频满功率工作时，磁芯发生饱和，导致励磁电感和谐振电感退化，影响LLC变流器的正常工作，甚至发生过流等故障，可见，传统的开关电源的设计方法并不适用于在宽电压调制下对变流器的准确设计。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种LLC变流器、LLC变流器中变压器的设计方法及系统，使LLC变流器在脉宽调制时，既能避免磁件频率误差的产生，又能在整个输出电压范围内均满足设计要求。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种LLC变流器中变压器的设计方法，所述方法包括：获取所述变流器的输出等效电阻与所述变流器的输出电压之间的关系式；根据所述关系式，采用仿真法，确定所述变流器的开关频率与输出电压的关系曲线、所述变流器的原边电流与输出电压的关系曲线；根据公式确定所述变流器磁芯的面积积的最大值，其中，Ap(Vo)为所述变流器在输出电压为Vo时所述变流器磁芯的面积积，P0为所述变流器的输出功率，Kf为所述变流器电压波形系数，Bmax为所述变流器的最大允许磁通密度，Ku为所述变流器的窗口利用系数，dp为所述变压器绕组线单股的直径，Sp为所述变压器单匝绕组线的股数，Ip为所述变流器在输出电压为Vo时的原边电流有效值，fs为所述变流器在输出电压为Vo时的开关频率，V-1(fs)为V(fs)的反函数，V(fs)为所述变流器的开关频率与输出电压的关系函数；根据所述变流器磁芯的面积积的最大值选取变压器的型号。可选的，所述获取所述变流器的输出等效电阻与所述变流器的输出电压之间的关系式，具体包括：获取所述变流器的输出等效电阻与所述变流器的输出电压之间的关系式其中，Req为所述变流器的输出等效电阻，Vo为所述变流器的输出电压，Io_max为所述变流器的副边最大电流，Po为所述变流器的输出功率。可选的，所述根据所述关系式，采用仿真法，确定所述变流器的开关频率与输出电压的关系曲线、所述变流器的原边电流与输出电压的关系曲线，具体包括：在所述变流器的输出电压范围内获取任一输出电压V；根据所述关系式，计算所述变流器的输出电压为所述输出电压V时，对应的所述变压器的输出等效电阻R；调节所述变流器的开关频率，直到所述变压器的输出电压为所述输出电压V，得到所述输出电压V所对应的开关频率f，所述变流器的输出侧连接有阻值为R的电阻；在所述变流器的输出侧连接有阻值为R的电阻，且所述变压器的输出电压为所述输出电压V、所述开关频率为f时，获取所述变流器的原边电流，得到所述输出电压V对应的原边电流。本专利技术还提供了一种LLC变流器中变压器的设计系统，所述系统包括：关系式获取单元，用于获取所述变流器的输出等效电阻与所述变流器的输出电压之间的关系式；关系曲线确定单元，用于根据所述关系式，采用仿真法，确定所述变流器的开关频率与输出电压的关系曲线、所述变流器的原边电流与输出电压的关系曲线；面积积最大值确定单元，用于根据公式确定所述变流器磁芯的面积积的最大值，其中，Ap(Vo)为所述变流器在输出电压为Vo时所述变流器磁芯的面积积，P0为所述变流器的输出功率，Kf为所述变流器电压波形系数，Bmax为所述变流器的最大允许磁通密度，Ku为所述变流器的窗口利用系数，dp为所述变压器绕组线单股的直径，Sp为所述变压器单匝绕组线的股数，Ip为所述变流器在输出电压为Vo时的原边电流有效值，fs为所述变流器在输出电压为Vo时的开关频率，V-1(fs)为V(fs)的反函数，V(fs)为所述变流器的开关频率与输出电压的关系函数；变压器选型单元，用于根据所述变流器磁芯的面积积的最大值选取变压器的型号。可选的，所述关系式获取单元具体包括：关系式获取子单元，用于获取所述变流器的输出等效电阻与所述变流器的输出电压之间的关系式其中，Req为所述变流器的输出等效电阻，Vo为所述变流器的输出电压，Io_max为所述变流器的副边最大电流，Po为所述变流器的输出功率。可选的，所述关系曲线确定单元具体包括：电压获取子单元，用于在所述变流器的输出电压范围内获取任一输出电压V；等效电阻计算子单元，用于根据所述关系式，计算所述变流器的输出电压为所述输出电压V时，对应的所述变压器的输出等效电阻R；第一关系曲线确定子单元，用于调节所述变流器的开关频率，直到所述变压器的输出电压为所述输出电压V，得到所述输出电压V所对应的开关频率f，所述变流器的输出侧连接有阻值为R的电阻；第二关系曲线确定子单元，用于在所述变流器的输出侧连接有阻值为R的电阻，且所述变压器的输出电压为所述输出电压V、所述开关频率为f时，获取所述变流器的原边电流，得到所述输出电压V对应的原边电流。本专利技术还提供了一种LLC变流器，所述LLC变流器在输出电压为Vo时的磁芯的面积积Ap(Vo)、输出功率P0、所述变流器电压波形系数Kf、所述变流器的最大允许磁通密度Bmax、所述变流器的窗口利用系数Ku、所述变压器绕组线单股的直径dp、所述变压器单匝绕组线的股数Sp、所述变流器在输出电压为Vo时的原边电流有效值Ip、所述变流器在输出电压为Vo时的开关频率fs满足本专利技术提供的LLC变流器中变压器的设计方法中的公式根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术针对LLC变流器中，磁件宽频工作的特点，在LLC谐振参数给定的情况下，先用仿真法得到LLC变流器在整个输出电压范围内，输出电压与变流器的工作频率、输出电压与原边电流有效值的关系曲线，然后结合全范围输出电压下变流器的工作频率、原边电流有效值计算磁芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LLC变流器中变压器的设计方法，其特征在于，所述方法包括：获取所述变流器的输出等效电阻与所述变流器的输出电压之间的关系式；根据所述关系式，采用仿真法，确定所述变流器的开关频率与输出电压的关系曲线、所述变流器的原边电流与输出电压的关系曲线；根据公式确定所述变流器磁芯的面积积的最大值，其中，Ap(Vo)为所述变流器在输出电压为Vo时所述变流器磁芯的面积积，P0为所述变流器的输出功率，Kf为所述变流器电压波形系数，Bmax为所述变流器的最大允许磁通密度，Ku为所述变流器的窗口利用系数，dp为所述变压器绕组线单股的直径，Sp为所述变压器单匝绕组线的股数，Ip为所述变流器在输出电压为Vo时的原边电流有效值，fs为所述变流器在输出电压为Vo时的开关频率，V‑1(fs)为V(fs)的反函数，V(fs)为所述变流器的开关频率与输出电压的关系函数；根据所述变流器磁芯的面积积的最大值选取变压器的型号。

【技术特征摘要】
1.一种LLC变流器中变压器的设计方法，其特征在于，所述方法包括：获取所述变流器的输出等效电阻与所述变流器的输出电压之间的关系式；根据所述关系式，采用仿真法，确定所述变流器的开关频率与输出电压的关系曲线、所述变流器的原边电流与输出电压的关系曲线；根据公式确定所述变流器磁芯的面积积的最大值，其中，Ap(Vo)为所述变流器在输出电压为Vo时所述变流器磁芯的面积积，P0为所述变流器的输出功率，Kf为所述变流器电压波形系数，Bmax为所述变流器的最大允许磁通密度，Ku为所述变流器的窗口利用系数，dp为所述变压器绕组线单股的直径，Sp为所述变压器单匝绕组线的股数，Ip为所述变流器在输出电压为Vo时的原边电流有效值，fs为所述变流器在输出电压为Vo时的开关频率，V-1(fs)为V(fs)的反函数，V(fs)为所述变流器的开关频率与输出电压的关系函数；根据所述变流器磁芯的面积积的最大值选取变压器的型号。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述获取所述变流器的输出等效电阻与所述变流器的输出电压之间的关系式，具体包括：获取所述变流器的输出等效电阻与所述变流器的输出电压之间的关系式其中，Req为所述变流器的输出等效电阻，Vo为所述变流器的输出电压，Io_max为所述变流器的副边最大电流，Po为所述变流器的输出功率。3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述根据所述关系式，采用仿真法，确定所述变流器的开关频率与输出电压的关系曲线、所述变流器的原边电流与输出电压的关系曲线，具体包括：在所述变流器的输出电压范围内获取任一输出电压V；根据所述关系式，计算所述变流器的输出电压为所述输出电压V时，对应的所述变压器的输出等效电阻R；调节所述变流器的开关频率，直到所述变压器的输出电压为所述输出电压V，得到所述输出电压V所对应的开关频率f，所述变流器的输出侧连接有阻值为R的电阻；在所述变流器的输出侧连接有阻值为R的电阻，且所述变压器的输出电压为所述输出电压V、所述开关频率为f时，获取所述变流器的原边电流，得到所述输出电压V对应的原边电流。4.一种LLC变流器中变压器的设计系统，其特征在于，所述系统包括：关系式获取单元，用于获取所述变流器的输出等效电阻与所述变流器的输出电压之间的关系式；关系曲线确定单元，用于根据所述关系式，采用仿真法，确定所述变流器...

【专利技术属性】
技术研发人员：施惠栋，任秀江，姚炜，
申请(专利权)人：宁波瑞曼特新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33