变换器均压均流性能分析方法技术

本发明专利技术提供一种变换器均压均流性能分析方法，属于谐振变换器技术领域，当功率开关管在开关的过程中开关速度不一致时，如果两个串联的功率开关管两端的电压一定的话，则先开通的功率开关管两端电压先降下来，后开通的功率开关管承受全部的电压，则利用动态均压性能分析方法分析每个功率开关管承受的电压均衡度；当电路稳定运行时，则利用稳态均压性能分析方法分析每个功率开关管承受的电压均衡度。本发明专利技术采用简化的小信号模型，即基于Boost_LLC二阶简化小信号模型能够将此类系统的分析在实际能够得到应用；均压均流分析从稳态性能和动态性能分析使得系统分析更加全面；均压均流性能分析考虑到电容、电感等多种参数不匹配造成的影响。的影响。的影响。

【技术实现步骤摘要】
变换器均压均流性能分析方法


[0001]本专利技术涉及谐振变换器
，具体涉及一种变换器均压均流性能分析方法。

技术介绍

[0002]在轨道交通、舰船等高压直流输入低压直流输出的大功率应用场景，为了降低变换器中功率开关管的电压应力，常常采用多个变换器在输入侧串联和输出侧并联。ISOP系统的优点是：可以实现模块化设计；每个模块的输出功率只有系统总输出功率的1/n(n为ISOP系统中的模块个数)，有利于降低设计难度；每个变换器的输入电压为系统输入电压的1/n，这样开关管的电压应力也降为原来的1/n，便于选取合适的开关管。对于ISOP系统来说，保证其正常运行的关键是要实现各模块之间的输入均压以及输出均流。
[0003]当DC
‑
DCISOP系统的子模块工作在DCT模式时，ISOP系统则具有自动实现输入均压与输出均流的特性。例如，串联谐振变换器(Series resonant converter,SRC)工作在谐振频率时，电压增益只取决于变压器的变比，对于SRC构成的ISOP系统，只要保证变压器变比的一致性，就可以实现良好的输入均压。对于具有自均压与自均流性能的DC
‑
DCISOP系统，通常采用简单的共占空比控制即可实现子模块的功率自均衡，不需要额外的均压电路或者均压控制策略。
[0004]专利《具有自然均压特性的ISOP系统及其控制方法》提供了一种具有自然均压均流特性的ISOP系统及其控制方法，系统包括n个由Boost和LLC谐振变换器组成的子模块，其中，n为大于等于2的自然数；每个子模块中，Boost变换器为前级，LLC谐振变换器为后级；Boost变换器的输出作为LLC谐振变换器的输入，两个变换器通过中间母线电容连接；n个子模块的Boost变换器的输入端依次串联；n个子模块的LLC谐振变换器的输出端并联在一起，分别接到输出电阻的正、负端，可实现ISOP系统的输入均压和输出均流，并且均压均流效果受模块间参数不一致的影响较小。
[0005]模块化串并联系统面临的主要挑战是各个子模块间的功率均衡分配，否则子模块会因过压或者过流而损坏。由于输入串联输出并联(Input
‑
Series
‑
0utput
‑
Paralle1，ISOP)系统中各子模块具有相同的输入电流与输出电压，因此ISOP系统能否正常运行取决于能否实现各子模块的输入均压与输出均流，但是目前对ISOP均压与均流性能的研究不够深入。Boost_LLC组成的ISOP系统在LLC工作在DCT模式下，理论上可以实现自均压和自均流，但是评估均压均流性能需要建立基于ISOP系统的小信号模型，目前的研究基于Boost_LLC三阶小信号模型，相对的较为复杂，实用性不强。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种变换器均压均流性能分析方法，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0008]本专利技术提供一种变换器均压均流性能分析方法，包括基于Boost_LLC简化小信号
模型的动态均压性能分析方法和稳态均压性能分析方法。
[0009]所述动态均压性能分析方法，用于分析动态均压问题，指功率开关管在开关的过程中必然会出现开关速度的不一致，如果两个串联的功率开关管两端的电压一定的话，那么先开通的功率开关管两端电压先降下来，后开通的功率开关管必然会承受几乎全部的电压；
[0010]所述稳态均压性能分析方法，用于分析电路稳定运行时候每个功率开关管承受的电压均衡度。
[0011]优选的，动态均压性能分析包含中间母线电容参数不匹配、谐振电感参数不匹配、变压器变比参数不匹配三种情况的性能分析。
[0012]优选的，稳态均压性能分析需要满足式(27)
[0013][0014]优选的，中间母线电容参数不匹配满足
[0015][0016][0017]优选的，谐振电感参数不匹配满足
[0018][0019]优选的，变压器变比不匹配满足
[0020][0021]优选的，参数不匹配可由式(14)～(26)推得
[0022][0023]k
0n
＝64R
Ld
Δn2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0024]k
1n
＝64n
12
n
22
R
Ld2
ΔC
b
+8π2ΔL
sr
+64C
o
R
Ld2
Δn2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0025]k
2n
＝8π2R
Ld
(L
sr1
n
22
+L
sr2
n
12
)ΔC
b
+8π2C
o
R
Ld
ΔL
sr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0026]k
3n
＝[8π2C
o
R
Ld2
(L
sr1
n
22
+L
sr2
n
12
)+π4L
sr1
L
sr2
]ΔC
b
+8π2C
o2
R
Ld2
ΔL
sr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0027]k
4n
＝2π4L
sr1
L
sr2
C
o
R
Ld
ΔC
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0028]k
5n
＝π4L
sr1
L
sr2
C
o2
R
Ld2
ΔC
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)
[0029]k
0d
＝64R
Ld
∑n2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0030]k
1d
＝64n
12
n
22
R
Ld2
∑C
b
+8π2∑L
sr
+64C
o
R
Ld2
∑n2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)
[0031]k
2d
＝8π2R
Ld
(L
sr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变换器均压均流性能分析方法，其特征在于：当功率开关管在开关的过程中开关速度不一致时，如果两个串联的功率开关管两端的电压一定的话，那么先开通的功率开关管两端电压先降下来，后开通的功率开关管承受全部的电压，则利用动态均压性能分析方法分析每个功率开关管承受的电压均衡度；当电路稳定运行时，则利用稳态均压性能分析方法分析每个功率开关管承受的电压均衡度。2.根据权利要求1所述的变换器均压均流性能分析方法，其特征在于，动态均压性能分析包含中间母线电容参数不匹配、谐振电感参数不匹配、变压器变比参数不匹配三种情况的性能分析。3.根据权利要求2所述的变换器均压均流性能分析方法，其特征在于，稳态均压性能分析需要满足式(27)其中，V
cb1
与V
cb2
表示两台Boost变换器的输出电压，n为变压器变比。4.根据权利要求2所述的变换器均压均流性能分析方法，其特征在于，中间母线电容参数不匹配满足：中间母线电容参数不匹配满足：其中，v
Cb1
与v
Cb2
表示输出支撑电容电压，C
b
表示输出支撑电容，v
bo
为交错Boost变换器的输出电压之和，s为傅里叶变换中的变量。5.根据权利要求2所述的变换器均压均流性能分析方法，其特征在于，谐振电感参数不匹配满足：其中，v
Cb1
与v
Cb2
表示输出支撑电容电压，C
b
表示输出支撑电容，v
bo
为交错Boost变换器的输出电压之和，s为傅里叶变换中的变量，L
sr
表示串联谐振支路等效电感大小，C
o
为LLC输出电容大小，R
Ld
表示副边电阻，k
3d
为式(24)所表示的系数。6.根据权利要求2所述的变换器均压均流性能分析方法，其特征在于，变压器变比不匹配满足：其中，v
Cb1
与v
Cb2
表示输出支撑电容电压，C
b
表示输出支撑电容，v
bo
为交错Boost变换器的输出电压之和，s为傅里叶变换中的变量。
7.根据权利要求2所述的变换器均压均流性能分析方法，其特征在于，参数不匹配由式(14)～(26)推得k
0n
＝64R
Ld
Δn2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)k
1n
＝64n
12
n
22
R
Ld2
ΔC
b
+8π2ΔL
sr
+64C
o
R
Ld2
Δn2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)k
2n
＝8π2R
Ld
(L
sr1
n
22
+L
sr2
n
12
)ΔC
b
+8π2C
o
R
Ld
ΔL
sr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)k
3n
＝[8π2C
o
R
Ld2
(L
sr1
n
22
+L
sr2
n
12
)+π4L
sr1
L
sr2
]ΔC
b
+8π2C
o2
R
Ld2
ΔL
sr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)k
4n
＝2π4L
sr1
L
sr2
C
o
R
Ld
ΔC
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)k
5n
＝π4L
sr1
L
sr2
C
o2
R
Ld2
ΔC
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)k
0d
＝64R
Ld
∑n2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)k
1d
＝64n
12
n
22
R
Ld2
∑C
b
+8π2∑L
sr
+64C
o
R
Ld2
∑n2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)k
2d
＝8π2R
Ld
(L
sr1
n
22
+L
sr2
n
12
)∑C
b
+8π2C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁利军，任家辉，刘新博，何水源，吕海臣，王磊，金哲铭，东野忠昊，刁利坚，徐春梅，
申请(专利权)人：北京绿能智动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：