【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及谐振直流变换器领域，尤其涉及推挽谐振变换器的软开关设计方法。
技术介绍
1、推挽式变换器的开关管数量是全桥变换器的一半，因此开关管的导通损耗和开关损耗也更少。此外，推挽式变换器所有开关管均接地，驱动电路简单、成本低，因此推挽式变换器适用于大功率高变比直流升压变换器。然而，传统推挽变换器的原边开关管为硬关断、硬开通方式，开关损耗大、效率低，并且变压器的电感和开关管的寄生电容在开关管死区时间结束瞬间产生非常大的电压振铃，甚至可能会击穿开关管。
2、为避免上述问题，推挽式谐振变换器被提出并广泛地使用。特别的，当串联谐振腔位于推挽式谐振变换器的变压器高压侧时，流过谐振腔的谐振电流较小，可减少谐振腔的导通损耗。然而，推挽式谐振变换器也存在一些问题。例如，在实践应用中需要合理设计谐振腔参数、变压器参数，从而确保变压器原边开关管的软关断、软开通，并降低开关管的关断振铃。具体如下：
3、一方面，当开关频率fs低于谐振频率fr时，若副边lc谐振腔和交流等效电阻组成的品质因数q太大，谐振腔电流会在过零后继续导通，并在开关管上出现反向的电流，导致开关管的硬关断，同时增大了关断损耗，进而导致关断电压振铃尖峰的增大。因此，需要合理设计谐振腔参数，减小变压器原边开关管的关断损耗。
4、另一方面，若开关管在谐振腔电流到零时刻关断，开关管进入死区时间。此时，关断状态的开关管并联的寄生电容利用励磁电感电流续流放电，励磁电流同时给另一个绕组的开关管寄生电容充电。若变压器的原边电感(励磁电感和漏磁电感)大于理想值，导
5、为此，需要优化推挽式谐振变换器的参数，避免出现低频工作下谐振腔的次谐振电流现象，并解决开关管在死区时间内的硬开关导致关断电压振铃，避免开关管被击穿的风险。
技术实现思路
1、本专利技术是为了优化推挽式谐振变换器的参数，避免出现低频工作下谐振腔的次谐振电流现象，并解决开关管在死区时间内的硬开关导致关断电压振铃，避免开关管被击穿的风险，提供了推挽谐振变换器的软开关(软开关即零电压关断和零电压开通的参数)设计方法，降低了开关损耗，提高了变换器的效率。
2、本专利技术采用的技术方案是：
3、推挽谐振变换器的软开关设计方法，该方法包括下述步骤：
4、步骤一：确定谐振频率，额定功率，输入以及输出的额定电压；
5、步骤二：计算变压器匝数比，负载电阻和输出电流大小；
6、步骤三：推挽谐振变换器的死区时间实现零电压开关，即设定占空比为0.47～0.49，由此计算出开关频率fs略低于谐振频率fr，fs＝0.94fr～0.98fr；
7、步骤四：依据表达式(24)和归一化的开关频率表达式(15)计算出避免次谐振模式所需的最大品质因数qmax；
8、步骤五：依据和设计等效谐振电感和谐振电容，确保q＜qmax,且包含一定裕量；
9、步骤六：通过计算出谐振电流的峰值；
10、步骤七：对推挽谐振变换器中的开关管进行选型，并确定开关管数量和寄生电容大小；
11、步骤八：依据计算零电压开关所需励磁电感和漏感。
12、优选的，所述步骤一中确定谐振频率，额定功率，输入以及输出的额定电压的方法为：
13、由于功率、散热、输出纹波、电磁兼容(emc)以及变压器体积实际条件的限制，若额定功率为300w以上且输入电压低时，为了保证散热等实际要求，谐振频率通常设计为100khz～200khz；
14、额定输入电压根据前级电源的电压决定，例如电池包中电芯的串联数；
15、额定功率和输出电压由具体需求而定，对于车载升压逆变器前级的直流变换器来说，输出电压至少为380v，额定功率为1.5kw以上。
16、优选的，所述步骤二中计算变压器匝数比，负载电阻和输出电流大小的方法为：
17、变压器匝数比
18、输出电流
19、负载电阻
20、其中v0是额定输出电压，vin是额定输入电压，p0是额定功率，id是额定输出电流。
21、优选的，所述步骤三中计算出开关频率fs略低于谐振频率fr，fs＝0.94fr～0.98fr的方法为：
22、由于需要死区时间来实现零电压开关，故需要设计小于0.5的占空比d，占空比是单位周期某桥臂上开关管导通时间和整个信号周期周期时间的比值，其占空比d的表达式如下：
23、
24、其中ton为导通时间，td为死区时间；由于零电压开关的实现需要死区时间的存在，由式(4)可知占空比d一定小于0.5；
25、
26、其中fs为开关频率，fon为不计入死区时间的导通频率；由此得到
27、fs＝2dfon (6)
28、又因为半个开关周期的谐振电感电流的直流量为：
29、
30、其中是副边谐振电流的峰值，将式(5)代入式(7)后得到：
31、
32、由式(8)看出d减小会造成谐振电流峰值变大，由此各个元件的电压与电流应力也会随之增加，这会导致成本的增加，因此选择占空比d＝0.47～0.49，即fs＝0.94fr～0.98fr；
33、此时谐振峰值电流对比占空比为0.5的谐振电流峰值上升了0.01～0.03倍。
34、优选的，所述步骤四中依据式(24)和归一化的开关频率式(15)计算出避免次谐振模式所需的最大品质因数qmax的方法为：
35、f为归一化的开关频率，
36、
37、优选的，所述步骤五中依据和设计等效谐振电感和谐振电容，确保q＜qmax,且包含一定裕量的方法为：
38、(a)由于谐振波形的对称性，对推挽谐振变换器的半个开关周期进行分析和推导可得：
39、副边lc谐振腔和交流等效电阻组成的q(品质因数)，
40、交流等效电阻
41、等效谐振电感l'r＝n2lσ1+lσ2+lr(11)
42、其中，re是交流等效电阻，ro为负载电阻；l'r是等效谐振电感，其由原边漏感lσ1、副边漏感lσ2和谐振电感lr组成，cr是谐振电容；
43、(b)根据电容的电压和电流的关系表达式(12)得到任意τ时刻的谐振电容电压值
44、
45本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，所述步骤一中确定谐振频率，额定功率，输入以及输出的额定电压的方法为：
3.根据权利要求1所述的推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，所述步骤二中计算变压器匝数比，负载电阻和输出电流大小的方法为：
4.根据权利要求1所述的推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，所述步骤三中计算出开关频率fs略低于谐振频率fr，fs＝0.94fr～0.98fr的方法为：
5.根据权利要求1所述的推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，所述步骤四中依据式(24)和归一化的开关频率式(15)计算出避免次谐振模式所需的最大品质因数Qmax的方法为：
6.根据权利要求1所述的推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，所述步骤五中依据和设计等效谐振电感和谐振电容，确保Q＜Qmax,且包含一定裕量的方法为：
7.根据权利要求1所述的推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，所述步骤六中通
8.根据权利要求1所述的推挽谐振变换器的零电压开关设计方法，其特征在于，所述步骤七中对推挽谐振变换器中的开关管进行选型，并确定开关管数量和寄生电容大小的方法为：
9.根据权利要求1所述的推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，所述步骤八中依据式(32)计算零电压开关所需励磁电感和漏感的方法为：
...【技术特征摘要】
1.推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，所述步骤一中确定谐振频率，额定功率，输入以及输出的额定电压的方法为：
3.根据权利要求1所述的推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，所述步骤二中计算变压器匝数比，负载电阻和输出电流大小的方法为：
4.根据权利要求1所述的推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，所述步骤三中计算出开关频率fs略低于谐振频率fr，fs＝0.94fr～0.98fr的方法为：
5.根据权利要求1所述的推挽谐振变换器的软开关设计方法，其特征在于，所述步骤四中依据式(24)和归一化的开关频率式(15)计算...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘文标，张伟武，吴成，胡文霞，王霆，刘捷，叶其流，
申请(专利权)人：文成县昌泰电力有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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