软开关变换器参数优化方法和软开关变换电路技术

本申请涉及一种软开关变换器参数优化方法和软开关变换电路，该方法包括：获取待测电感值；根据变换器数据，求解基于变换器数据、待测电感值和对应的电感电流值确定的一元二次方程；当求得的解满足预设的效率最优条件时，则根据待测电感值和对应的电感电流值对软开关变换器进行参数优化配置；当求得的解不满足效率最优条件时，则更新待测电感值，并返回根据预设的变换器数据和待测电感值计算得到对应的电感电流值的步骤。软开关变换器在传输相同功率时有最小的导通损耗和关断损耗，能获得最高的能量变换效率，能量变换效率高。

【技术实现步骤摘要】
软开关变换器参数优化方法和软开关变换电路
本申请涉及电气自动化设备
，特别是涉及一种软开关变换器参数优化方法和软开关变换电路。
技术介绍
随着能源危机日益加剧，对更高效率、更高功率密度且宽输入输出范围的直流电源的需求越来越大。在小电流高频场合中，开关管开通和关断损耗构成了电路损耗的绝大部分，减小这部分损耗对进一步提高开关频率，提高功率密度具有重要意义。传统的开关变换器控制方法是对变换器中的开关管进行硬开通控制，在开通过程中电压电流均不为零，产生很大的开通损耗，传统的开关变换器控制方法存在能量变换效率低的缺点。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种能量变换效率高的软开关变换器参数优化方法和软开关变换电路。一种软开关变换器参数优化方法，软开关变换器包括电感、第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、输入电容和输出电容，所述第一功率管和所述第二功率管组成第一半桥，所述第三功率管和所述第四功率管组成第二半桥，所述第一半桥和所述输入电容并联作为所述软开关变换器的输入端，所述第二半桥与所述输出电容并联作为所述软开关变换器的输出端，所述第一半桥的中点通过所述电感与所述第二半桥的中点连接；所述的方法包括：获取待测电感值；根据预设的变换器数据和所述待测电感值计算得到对应的电感电流值；根据所述变换器数据，求解基于所述变换器数据、所述待测电感值和对应的电感电流值确定的一元二次方程；所述一元二次方程表征输出功率与调节参量的函数关系，所述调节参量为第一功率管的触发脉冲超前第三功率管的触发脉冲移相角对应的占空比；当求得的解满足预设的效率最优条件时，则根据所述待测电感值和对应的电感电流值对软开关变换器进行参数优化配置；所述效率最优条件表征软开关变换器传输相同功率有最小的导通损耗和关断损耗时所对应的调节参量满足的条件；当求得的解不满足所述效率最优条件时，则更新所述待测电感值，并返回所述根据预设的变换器数据和所述待测电感值计算得到对应的电感电流值的步骤。一种软开关变换电路，包括软开关变换器和控制器，所述软开关变换器包括电感、第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、输入电容和输出电容，所述第一功率管和所述第二功率管组成第一半桥，所述第三功率管和所述第四功率管组成第二半桥，所述第一半桥和所述输入电容并联作为所述软开关变换器的输入端，所述第二半桥与所述输出电容并联作为所述软开关变换器的输出端，所述第一半桥的中点通过所述电感与所述第二半桥的中点连接；所述控制器连接所述第一功率管、所述第二功率管、所述第三功率管和所述第四功率管，所述控制器通过上述方法对所述软开关变换器进行参数优化配置。上述软开关变换器参数优化方法和软开关变换电路，根据给定的变换器数据求解不同电感值和电感电流值时对应的输出功率与调节参量的一元二次方程，在求得的解满足软开关变换器传输相同功率有最小的导通损耗和关断损耗时，利用对应的电感值和电感电流值对软开关变换器进行参数优化配置，使得软开关变换器在传输相同功率时有最小的导通损耗和关断损耗，能在实现软开关基础上获得最高的能量变换效率，能量变换效率高，而且还能够减小电感值，实现更小的磁原件的体积，提高功率密度。附图说明图1为一实施例中软开关变换器参数优化方法的流程图；图2为一实施例中软开关变换器的电路拓扑图；图3为另一实施例中软开关变换器参数优化方法的流程图；图4为一实施例中降压模式下电感的电流波形图；图5为一实施例中升压模式下电感的电流波形图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。在一个实施例中，提供了一种软开关变换器参数优化方法，适用于对面向新能源与储能应用的软开关变换器进行参数优化。如图1和图2所示，软开关变换器包括电感L、第一功率管S1、第二功率管S2、第三功率管S3、第四功率管S4、输入电容C1和输出电容C2，第一功率管S1和第二功率管S2组成第一半桥，第三功率管S3和第四功率管S4组成第二半桥，第一半桥和输入电容C1并联作为软开关变换器的输入端，第二半桥与输出电容C2并联作为软开关变换器的输出端，第一半桥的中点A通过电感L与第二半桥的中点B连接。第一功率管S1、第二功率管S2、第三功率管S3、第四功率管S4具体可采用MOS管或三极管。该方法包括以下步骤：步骤S120：获取待测电感值。待测电感值为软开关变换器中待配置的电感L的取值，具体可以是预先设置电感取值范围，依次选择电感取值范围内的电感值进行后续计算，得到满足条件的电感值对软开关变换器进行参数优化；也可以是设置一个电感值或者随机选择一个电感值进行后续计算，当选定的电感值不符合条件时增大或减小电感值进行计算，直至得到符合条件的电感值对软开关变换器进行参数优化。步骤S130：根据预设的变换器数据和待测电感值计算得到对应的电感电流值。变换器数据具体包括软开关变换器的元器件参数和工作参数，其中，元器件参数可包括功率管的工作周期、寄生电感等，工作参数可包括输入电压范围、输出电压范围和额定功率等。本实施例中，变换器数据包括输入电压范围、输出电压范围、额定功率、功率管的工作周期和寄生电感。具体地，如图2所示，软开关变换器的输入电压为V1，输入电流为I1，输出电压为V2，输出电流为I2。第一功率管S1、第二功率管S2、第三功率管S3、第四功率管S4的寄生电感分别为Coss1、Coss2、Coss3和Coss4。在获取待检测电感值后，结合软开关变换器的变换器数据计算对应的电感电流值，用作后续构建输出功率与调节参量的一元二次方程。在一个实施例中，步骤S130包括：其中，I0为电感电流值，L为待测电感值，N1为裕量，具体可取2，Coss为第一功率管S1至第四功率管S4的寄生电感，即寄生电感Coss1、Coss2、Coss3和Coss4之和，V1max为最大输入电压，可根据输入电压范围得到。步骤S140：根据变换器数据，求解基于变换器数据、待测电感值和对应的电感电流值确定的一元二次方程。其中，一元二次方程表征输出功率P与调节参量的函数关系，调节参量为第一功率管S1的触发脉冲超前第三功率管S3的触发脉冲移相角对应的占空比，在一个实施例中，一元二次方程为：其中，P为输出功率，为调节参量，n取降压模式最小调压比nmin，降压模式调压比的范围可根据设置的输入电压范围和输出电压范围进行调试，具体地，降压模式最小调压比nmin可通过将最小输出电压除以最大输入电压得到。V1取最大输入电压V1max，Tp为功率管的工作周期，D2取第二功率管S2的触发脉冲占空比的最大值D2max，D2max可预先设置。I0为电感电流值，L为待测电感值。在一个实施例中，步骤S140包括步骤142至步骤146。步骤142：取输出功率P＝N2Pmax时，检测一元二次方程是否存在解。其中，Pmax为最大功率，可根据额定功率和预设系数相乘得到，N2为裕量，可取1.1。将一元二次方程代入P＝N2Pmax，检测一元二次方程是否存在解，若是，则进行步骤144；若否，则进行步骤146。步骤144：将得到的两个解中较小的解作为求得的解。当一元二次方程有解时，取两个解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软开关变换器参数优化方法，其特征在于，软开关变换器包括电感、第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、输入电容和输出电容，所述第一功率管和所述第二功率管组成第一半桥，所述第三功率管和所述第四功率管组成第二半桥，所述第一半桥和所述输入电容并联作为所述软开关变换器的输入端，所述第二半桥与所述输出电容并联作为所述软开关变换器的输出端，所述第一半桥的中点通过所述电感与所述第二半桥的中点连接；所述的方法包括：获取待测电感值；根据预设的变换器数据和所述待测电感值计算得到对应的电感电流值；根据所述变换器数据，求解基于所述变换器数据、所述待测电感值和对应的电感电流值确定的一元二次方程；所述一元二次方程表征输出功率与调节参量的函数关系，所述调节参量为第一功率管的触发脉冲超前第三功率管的触发脉冲移相角对应的占空比；当求得的解满足预设的效率最优条件时，则根据所述待测电感值和对应的电感电流值对软开关变换器进行参数优化配置；所述效率最优条件表征软开关变换器传输相同功率有最小的导通损耗和关断损耗时所对应的调节参量满足的条件；当求得的解不满足所述效率最优条件时，则更新所述待测电感值，并返回所述根据预设的变换器数据和所述待测电感值计算得到对应的电感电流值的步骤。...

【技术特征摘要】
1.一种软开关变换器参数优化方法，其特征在于，软开关变换器包括电感、第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、输入电容和输出电容，所述第一功率管和所述第二功率管组成第一半桥，所述第三功率管和所述第四功率管组成第二半桥，所述第一半桥和所述输入电容并联作为所述软开关变换器的输入端，所述第二半桥与所述输出电容并联作为所述软开关变换器的输出端，所述第一半桥的中点通过所述电感与所述第二半桥的中点连接；所述的方法包括：获取待测电感值；根据预设的变换器数据和所述待测电感值计算得到对应的电感电流值；根据所述变换器数据，求解基于所述变换器数据、所述待测电感值和对应的电感电流值确定的一元二次方程；所述一元二次方程表征输出功率与调节参量的函数关系，所述调节参量为第一功率管的触发脉冲超前第三功率管的触发脉冲移相角对应的占空比；当求得的解满足预设的效率最优条件时，则根据所述待测电感值和对应的电感电流值对软开关变换器进行参数优化配置；所述效率最优条件表征软开关变换器传输相同功率有最小的导通损耗和关断损耗时所对应的调节参量满足的条件；当求得的解不满足所述效率最优条件时，则更新所述待测电感值，并返回所述根据预设的变换器数据和所述待测电感值计算得到对应的电感电流值的步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变换器数据包括输入电压范围、输出电压范围、额定功率、功率管的工作周期和寄生电感。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据预设的变换器数据和所述待测电感值计算得到对应的电感电流值，包括：其中，I0为电感电流值，L为待测电感值，N1为裕量，Coss为第一功率管至第四功率管的寄生电感，V1max为最大输入电压。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一元二次方程为：其中，P为输出功率，为调节参量，n取降压模式最小调压比nmin，V1取最大输入电压V1max，Tp为功率管的工作周期，D2取第二功率管的触发脉冲占空比的最大值D2max，I0为电感电流值，L为待测电感值。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述变换器数据，求解基于所述变换器数据、所述待测电感值和对应的电感电流值确定的一元二次方程，包括：取输出功率P＝N2Pmax时，检测所述一元二次方程是否存在解；其中，Pmax为最大功率，N2为裕量；若是，则将得到的两个解中较小的解作为求得的解；若否，则减小所述待测电感值的取值，并返回所述根据预设的变换器数据和所述待测电感值计算得到对应的电感电流值的步骤。...

【专利技术属性】
技术研发人员：于玮，李睿，
申请(专利权)人：易事特集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44