一种LCLCL谐振变换器的磁设计建模方法技术

本发明专利技术提供了一种LCLCL谐振变换器的磁设计建模方法，基于响应曲面法和模块化层间模型分析法来针对LCLCL谐振变换器进行了专门的建模分析，突破了现有技术中进行参数验证只能通过MAXWELL仿真分析方式的局限，从而能够快速、灵活、准确地得到多层绕组的漏感和绕组阻抗参数，相对于现有技术具有诸多预料不到的技术效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
一种LCLCL谐振变换器的磁设计建模方法


[0001]本专利技术属于功率变换器
，具体涉及一种LCLCL谐振变换器的磁设计建模方法。

技术介绍

[0002]LCLCL拓扑结构与LLC拓扑以及其他常用的高阶谐振变换器(例如CLCL变换器)相比，具有以下优点：
[0003](1)具有通过注入三次谐波降低次级整流二极管平均电流的能力。在相同负载电流有效值情况下，可将平均电流降低74％。因此，LCLCL谐振拓扑可以提高效率。
[0004](2)对比LLC的“渐近线式横轴逼近”式谐振曲线，LCLCL变换器有着更好的高频频率敏感性，对输入电压和负载电阻的波动都有更好的调整能力。证明LCLCL谐振变换器具备更好的鲁棒性。
[0005](3)与目前其他所有谐振变换器相比，本课题的LCLCL变换器增益曲线具备独有的零增益点。根据这个零增益点可以设计完备的软启动和过流保护方案。
[0006]然而，目前对于LCLCL谐振变换器的磁设计尚缺乏与之相适应的建模分析方法，通常只能通过MAXWELL仿真验证参数是否合理。并且，对于平面磁性元件，印制板一旦印制完成，便无法修改，再想修改则需要更多的成本和周期。

技术实现思路

[0007]为克服现有技术中的问题，本专利技术提供了一种LCLCL谐振变换器的磁设计建模方法，主要基于响应曲面法和模块化层间模型分析法实现，所述方法具体包括以下步骤：
[0008](1)基于响应曲面法针对LCLCL谐振变换器进行单层绕组形式的平面变压器设计；
[0009](2)根据所选定的磁芯在线性变化条件下分析影响单层绕组的电感和绕线阻值的各种参数；根据影响程度选取出重要参数，并构建出电感和绕线阻值的模型表达式；根据实际需求确定该模型表达式中的模型参数；
[0010](3)以步骤(2)中得到的单层绕组模型作为基本单位，利用模块化层间模型分析法进行具有i层绕组的平面变压器设计，得到每层绕组的等效电路模型；i层绕组中的任意一层绕组均满足以下约束：
[0011][0012]其中，E
Ti
——该第i绕组层的上表面电场强度；
[0013]E
Bi
——该第i绕组层的下表面电场强度；
[0014]H
Ti
——该第i层绕组的上表面磁场强度；
[0015]H
Bi
——该第i绕组层的下表面磁场强度；
[0016]d
i
，h
i
，w
i
——该绕组一匝的长度，厚度，宽度；
[0017]I
i
——该第i层绕组电流密度；
[0018]K
i
——该第i层绕组单位宽度的电流密度；
[0019]M
i
——该第i层绕组的匝数。
[0020](4)基于各层绕组的等效电路模型得到所述具有i层绕组的平面变压器总的等效电路，从而完成LCLCL谐振变换器的磁设计建模。
[0021]进一步地，步骤(1)中单层绕组形式的平面变压器设计的电感设计，具体基于以下公式：
[0022][0023]其中，Y为所建立模型的目标描述数据；
[0024]F为对于目标描述数据都拟合的函数变换；
[0025]a0为所有数据排除误差数据后的平均值；
[0026]a
i
为线性化回归系数；
[0027]b
ij
为第二次线性回归系数；
[0028]n为对该目标描述数据可造成影响的因素数量；
[0029]x
i
为对该目标描述数据可造成影响的因素1；
[0030]x
j
为对该目标描述数据可造成影响的因素2。
[0031]进一步地，在步骤(2)中，根据所选磁芯型号，首先确定各因素的极限值，其次通过选取所需的电感值，来确定各参数的最大和最小值，在线性变化条件下确定各参数的不同等级数值；将各个影响因素进行分级，使杂散的数据汇总为预定个数的等级中，每个等级都将有一个合理的数据来代替全部数据，这样可以大大提升程序的运算效率。通过Maxwell有限元分析多次仿真，得到影响单层绕组的电感和绕线阻值的重要参数，如绕组阻抗、漏感、励磁电感等。
[0032]利用线性回归方式得出电感值与绕线电阻值的表达式：
[0033]L＝15.01
‑
12.3B+5.76D
‑
6.51BD+4.51B2+0.48D2[0034]R＝246
‑
84.8A
‑
53.1C+63.74D
‑
2.2AC+23.7A2+14.1C2+4.02D2。
[0035]进一步地，步骤(3)具体包括，基于每层绕组需满足的约束，计算第i层绕组的阻抗参数：
[0036][0037]其中，为辅助计算的参数。
[0038]ω为谐振变换器的工作角频率；
[0039]μ为该变压器磁芯的磁导率；
[0040]σ为第i层绕组电导；
[0041]Z
ai
，Z
bi
为对第i层绕组等效后的简化系数。
[0042]相邻绕组之间的电磁场耦合为：
[0043][0044]其中，Φ为通过该第i层绕组的磁通；
[0045]a
ij
为第i层与第j层之间的绝缘距离；
[0046]V
i
，V
j
为第i层和第j层的输入电压；
[0047]Z
sij
＝jωμ
i
a
ij
为第i层与第j层之间的绕组阻抗；
[0048]Z
T
＝jω/Z
reluc
‑
T
，Z
B
＝jω/Z
reluc
‑
B
为附加阻抗，其中的Z
reluc
‑
T
，Z
reluc
‑
B
分别为该平面变压器的最顶层和最底层的磁阻表达式。
[0049]进一步地，步骤(4)中具体使用T等效电路得到总的等效电路模型，具体通过以下公式计算：
[0050][0051]其中，漏感等效后的两个电感以L1和L3进行表示，励磁电感则通过L2进行表示，则三个电感电阻计算公式如下：
[0052][0053]通过上述模型可以较精确地得到多层绕组的漏感和绕组阻抗数据。
[0054]有益效果
[0055]上述本专利技术所提供的方法，基于响应曲面法和模块化层间模型分析法来针对LCLCL谐振变换器进行了专门的建模分析，突破了现有技术中进行参数验证只能通过MAXWELL仿真分析方式的局限，从而能够快速、灵活、准确地得到多层绕组的漏感和绕组阻抗参数，相对于现有技术具有诸多预料不到的技术效果。
附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LCLCL谐振变换器的磁设计建模方法，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)基于响应曲面法针对LCLCL谐振变换器进行单层绕组形式的平面变压器设计；(2)根据所选定的磁芯在线性变化条件下分析影响单层绕组的电感和绕线阻值的各种参数；根据影响程度选取出重要参数，并构建出电感和绕线阻值的模型表达式；根据实际需求确定该模型表达式中的模型参数；(3)以步骤(2)中得到的单层绕组模型作为基本单位，利用模块化层间模型分析法进行具有i层绕组的平面变压器设计，得到每层绕组的等效电路模型；i层绕组中的任意一层绕组均满足以下约束：其中，E
Ti
——该第i绕组层的上表面电场强度；E
Bi
——该第i绕组层的下表面电场强度；H
Ti
——该第i层绕组的上表面磁场强度；H
Bi
——该第i绕组层的下表面磁场强度；d
i
，h
i
，w
i
——该绕组一匝的长度，厚度，宽度；I
i
——该第i层绕组电流密度；K
i
——该第i层绕组单位宽度的电流密度；M
i
——该第i层绕组的匝数；(4)基于各层绕组的等效电路模型得到所述具有i层绕组的平面变压器总的等效电路，从而完成LCLCL谐振变换器的磁设计建模。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中单层绕组形式的平面变压器设计的电感设计，具体基于以下公式：其中，Y为所建立模型的目标描述数据；F为对于目标描述数据都拟合的函数变换；a0为所有数据排除误差数据后的平均值；a
i
为线性化回归系数；b
ij
为第二次线性回归系数；n为对该目标描述数据可造成影响的因素数量；x
i
为对该目标描述数据可造成影响的因素1；x
j
为对该目标描述数据可造成影响的因素2。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤(2)中，根据所选磁芯型号，首先确定
各因素的极限值，其次通过选取所需的电感值，来确定各参数的最大和最小值，在线性变化条件下确定各...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴明聪，刘博禹，林璇，季金虎，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：