应用于超高频DC/DC功率变换器的T型阻抗匹配电路及该匹配电路参数设计方法技术

应用于超高频DC/DC功率变换器的T型阻抗匹配电路及该匹配电路参数设计方法，属于超高频DC/DC功率变换器领域。解决了当输出功率变化时，现有L型匹配网络会出现感性化或容性化的趋势，从而降低超高频DC/DC功率变换器的输出效率及现有L型匹配网络同后级整流环节相互耦合时，使整体电路的调试变得复杂化的问题。T型阻抗匹配电路，它包括谐振电容C1、谐振电容Cs和谐振电感Ls；谐振电感Ls的一端与谐振电容C1的一端和谐振电容Cs的一端同时连接，谐振电容C1的另一端和谐振电感Ls的另一端用于与逆变电路的两个输出端连接，谐振电容Cs的另一端和谐振电感Ls的另一端用于与整流电路的两个输入端连接。本发明专利技术主要用于超高频功率变换领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超高频DC/DC功率变换器领域。
技术介绍
在超高频DC/DC功率变换器领域，功率密度和瞬态响应速度是评价其性能优劣的两项重要指标，提高变换器的开关频率能使这两项指标得到有效提升，因此，高频化是DC/DC功率变换器发展的必然趋势。目前超高频DC/DC功率变换器的拓扑结构普遍由逆变环节、匹配网络、整流环节三部分构成，如图1所示，在设计变换器时一般先设计整流环节，使其在电压电流基波情况下呈现阻性，而匹配网络的作用则是提高逆变环节的带载能力，即降低整流环节的等效电阻。现在较常用的是L型匹配网络如图2所示，该型匹配网络结构简单利于设计，但也存在一些缺点，主要表现为：1、输出功率变化时，整流环节的等效电阻发生变化，等效为阻性的整流环节经匹配网络后，匹配网络会出现感性化或容性化的趋势，该种趋势下电压和电流重叠，使逆变环节中产生开关损耗，从而降低功率变换器的输出效率。2、匹配网络同后级整流环节相互耦合，使整体电路的调试变得复杂化。
技术实现思路
本专利技术是为了解决当输出功率变化时，现有L型匹配网络会出现感性化或容性化的趋势，从而降低超高频DC/DC功率变换器的输出效率及现有L型匹配网络同后级整流环节相互耦合时，使整体电路的调试变得复杂化的问题。本专利技术提供了一种应用于超高频DC/DC功率变换器的T型阻抗匹配电路及该匹配电路参数设计方法。应用于超高频DC/DC功率变换器的T型阻抗匹配电路，它包括谐振电容C1、谐振电容Cs和谐振电感Ls；谐振电感Ls的一端与谐振电容C1的一端和谐振电容Cs的一端同时连接，谐振电容C1的另一端和谐振电感Ls的另一端用于与逆变电路的两个输出端连接，谐振电容Cs的另一端和谐振电感Ls的另一端用于与整流电路的两个输入端连接。一种T型阻抗匹配电路的参数设计方法，该方法是基于所述的应用于超高频DC/DC功率变换器的T型阻抗匹配电路实现的，该方法中参数谐振电容C1、谐振电容Cs和谐振电感Ls求取的具体过程为：步骤一，将所述T型阻抗匹配电路进行等效，获得T型阻抗匹配电路的等效阻抗ZL；其中，将s＝jω代入公式一，获得：s表示复频率，j表示复数单位，ω表示谐振角频率，ZR表示整流电路的等效电阻，步骤二，保证T型阻抗匹配电路的等效阻抗ZL呈现阻性，则定义公式二表达式中，分子的实部与分母的实部之比等于分子的虚部与分母的虚部之比，具体如公式三和公式四所示：步骤三，设定C1＝kCS，并对公式四进行整理，获得其中，k表示比例系数；将公式五代入公式三，获得对公式六进行整理，获得将公式七代入C1＝kCS，获得将公式八代入公式五，获得从而完成对T型阻抗匹配电路中参数谐振电容C1、谐振电容Cs和谐振电感Ls的设计。所述的k的取值为1。本专利技术带来的有益效果是，1、对匹配网络的设计提出新型拓扑结构，该新型匹配网络能在输出功率变化时，使等效为阻性的整流环节经匹配网络后依旧呈现为阻性，提高整体电路的抗干扰能力。2、实现匹配网络和整流环节在设计上的完全解耦，提高变换器设计精度。附图说明图1为超高频DC/DC功率变换器原理框图；VIN表示输入电压，VO表示输出电压，RL表示输出电阻；图2为L型匹配网络的原理示意图；其中，L表示L型匹配网络谐振电感，C表示L型匹配网络谐振电感，ZL表示匹配网络带有负载时的等效阻抗，ZR表示整流环节的等效电阻；图3为本专利技术所述的应用于DC/DC功率变换器的T型阻抗匹配电路的等效电路图；图4为采用本专利技术T型阻抗匹配电路实现的DC/DC功率变换器的原理示意图；图5为本专利技术所述的T型阻抗匹配电路用于ClassE电路的原理示意图；图6为L型阻抗匹配电路用于ClassE电路的原理示意图；图7为L型阻抗匹配电路应用于ClassE电路时，开关管S两端电压波形的波形图；附图标记1表示等效电阻ZR＝30Ω时，开关管S两端电压的波形，附图标记2表示等效电阻ZR＝25Ω时，开关管S两端电压的波形，附图标记3表示等效电阻ZR＝17Ω时，开关管S两端电压的波形；图8为T型阻抗匹配电路用于ClassE电路时，开关管S两端电压波形的波形图；图9为开关频率f＝20MHz，k取0.8，整流电路的等效电阻ZR取不同值时，T型阻抗匹配电路的等效阻抗ZL的Bode图；图10为开关频率f＝20MHz，k取1，整流电路的等效电阻ZR取不同值时，T型阻抗匹配电路的等效阻抗ZL的Bode图；图11为开关频率f＝20MHz，k取1.3，整流电路的等效电阻ZR取不同值时，T型阻抗匹配电路的等效阻抗ZL的Bode图；图12为开关频率f＝30MHz，k取0.8，整流电路的等效电阻ZR取不同值时，T型阻抗匹配电路的等效阻抗ZL的Bode图；图13为开关频率f＝30MHz，k取1，整流电路的等效电阻ZR取不同值时，T型阻抗匹配电路的等效阻抗ZL的Bode图；图14为开关频率f＝30MHz，k取1.3，整流电路的等效电阻ZR取不同值时，T型阻抗匹配电路的等效阻抗ZL的Bode图。具体实施方式具体实施方式一：参见图3和图4说明本实施方式，本实施方式所述的应用于超高频DC/DC功率变换器的T型阻抗匹配电路，它包括谐振电容C1、谐振电容Cs和谐振电感Ls；谐振电感Ls的一端与谐振电容C1的一端和谐振电容Cs的一端同时连接，谐振电容C1的另一端和谐振电感Ls的另一端用于与逆变电路的两个输出端连接，谐振电容Cs的另一端和谐振电感Ls的另一端用于与整流电路的两个输入端连接。具体实施方式二：参见图3和图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种T型阻抗匹配电路的参数设计方法，该方法是基于具体实施方式一所述的应用于超高频DC/DC功率变换器的T型阻抗匹配电路实现的，该方法中参数谐振电容C1、谐振电容Cs和谐振电感Ls求取的具体过程为：步骤一，将所述T型阻抗匹配电路进行等效，获得T型阻抗匹配电路的等效阻抗ZL；其中，将s＝jω代入公式一，获得：s表示复频率，j表示复数单位，ω表示谐振角频率，ZR表示整流电路的等效电阻，步骤二，保证T型阻抗匹配电路的等效阻抗ZL呈现阻性，则定义公式二表达式中，分子的实部与分母的实部之比等于分子的虚部与分母的虚部之比，具体如公式三和公式四所示：步骤三，设定C1＝kCS，并对公式四进行整理，获得其中，k表示比例系数，k的取值范围为：将公式五代入公式三，获得对公式六进行整理，获得将公式七代入C1＝kCS，获得将公式八代入公式五，获得从而完成对T型阻抗匹配电路中参数谐振电容C1、谐振电容Cs和谐振电感Ls的设计。本实施方式中，由于CS、C1、LS的值都为正数，所以k的取值范围为：具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二所述的应用于超高频DC/DC功率变换器的T型阻抗匹配电路的参数设计方法的区别在于，所述的k的取值为1。一、由于匹配网络(即：匹配电路)一般都是应用于超高频功率变换器领域，因此在计算T型阻抗匹配电路中无源元件参数值大小的时候，频率都应在兆赫兹以上，所以分以下两种情况对本专利技术所述的T型阻抗匹配电路的可行性进行验证：1、开关频率f＝20MHz令ZR＝17Ω，ZL＝5Ω，将k＝0.8、1、1.3带入公式七至公式九，可得表1中的三组参数，将以上参数带入ZL表达式，绘制T型阻抗匹配电路的等效阻抗ZL的Bode图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
应用于超高频DC/DC功率变换器的T型阻抗匹配电路，其特征在于，它包括谐振电容C1、谐振电容Cs和谐振电感Ls；谐振电感Ls的一端与谐振电容C1的一端和谐振电容Cs的一端同时连接，谐振电容C1的另一端和谐振电感Ls的另一端用于与逆变电路的两个输出端连接，谐振电容Cs的另一端和谐振电感Ls的另一端用于与整流电路的两个输入端连接。

【技术特征摘要】
1.应用于超高频DC/DC功率变换器的T型阻抗匹配电路，其特征在于，它包括谐振电容C1、谐振电容Cs和谐振电感Ls；谐振电感Ls的一端与谐振电容C1的一端和谐振电容Cs的一端同时连接，谐振电容C1的另一端和谐振电感Ls的另一端用于与逆变电路的两个输出端连接，谐振电容Cs的另一端和谐振电感Ls的另一端用于与整流电路的两个输入端连接。2.一种T型阻抗匹配电路的参数设计方法，该方法是基于权利要求1所述的应用于超高频DC/DC功率变换器的T型阻抗匹配电路实现的，其特征在于，该方法中参数谐振电容C1、谐振电容Cs和谐振电感Ls求取的具体过程为：步骤一，将所述T型阻抗匹配电路进行等效，获得T型阻抗匹配电路的等效阻抗ZL；其中，将s＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王懿杰，管乐诗，张树，刘宾，张相军，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23