[发明专利]一种无极灯用谐振变换器谐振参数设计方法

权利要求书

1.一种无极灯用谐振变换器谐振参数设计方法，对于由半桥逆变电路、串并联谐振回路和耦合线圈组成的高频LCCL谐振变换器，其中半桥逆变电路由开关管Q₁和Q₂组成，串并联谐振回路由谐振电感L_r、谐振电容C_r、隔直电容C_b和激励电感L_c组成，耦合线圈由所述激励电感L_c和无极灯灯管等离子体放电环组成，其特征在于：当隔直电容C_b和激励电感L_c确定后，按如下公式确定谐振电感L_r和谐振电容C_r：

；

；

其中，L_eq、R_eq分别为耦合线圈副边灯管等离子体放电环映射到耦合线圈原边的等效电感和等效电阻，L_eq≈L_c，f表示谐振变换器的工作频率，U_dc表示半桥逆变电路输入电压，U_o表示谐振变换器输出电压，， ，f_o表示谐振回路固有谐振频率。

2.根据权利要求1所述的一种无极灯用谐振变换器谐振参数设计方法，其特征在于：所述谐振电感L_r和谐振电容C_r按如下方法确定：

利用等离子体放电环和激励电感线圈之间的耦合关系，把耦合线圈副边灯管等离子体放电环映射到耦合线圈原边，并进行等效变换，得到高频LCCL谐振变换器的等效电路模型；

根据高频LCCL谐振变换器的等效电路模型，推导出谐振回路输出电压的三个极值点对应的频率f₁、f₂、f₃，从低到高分别为：

  (1)

根据无极灯工作特性，把谐振变换器工作频率选择在最高频率f₃附近；

取C_b>>C_r，则最高频率f₃用f₀表示为，且定义如下电路参数：，，，，，；

选取Z₀作为基准值，则输入阻抗的标幺值为：

  (2)

其中，Z表示谐振回路输入阻抗；

谐振回路的电压增益为：

  (3)

式中，U₀是谐振回路输出电压，U_in是谐振回路输入电压；

谐振回路的输入有功功率P为：

  (4)

其中，Re表示实部，u_in为谐振回路输入电压，i_in为谐振回路输入电流，Z(f)为谐振回路输入阻抗；

当f=f₀时，Re[u_in²/Z(f)]有最大值，此时谐振回路的输出功率最大，最大输出功率P_max为：

  (5)

令功率比值ρ为：

  (6)

式中P_o为谐振变换器实际工作时谐振回路的输出功率；由式(3)和式(6)，得到：

  (7)

则谐振电感：

  (8)

假设开关管两端的并联电容分别为C₁和C₂，其中包含开关管的寄生电容，得到在电容C₂两端的电压u_in从U_dc下降到0的时间段t_f内有：

  (9)

式中，T为半桥逆变电路工作周期，t_f为电容C₂两端的电压u_in从U_dc下降到0的时间间隔，为电容C_b两端的电压；

解得： 

  (10)

式中，j是谐振回路输入阻抗的阻抗角；

为了实现开关管的ZVS，必须满足t_f≤t_d ，t_d为半桥工作死区时间；由此得到保证开关管实现ZVS的最小频率比值β_min；假设变换器固有谐振频率的变化范围是，则与此对应的β范围是；若要保证固有谐振频率偏移后开关管仍可以实现ZVS，必须满足下式：

  (11)

为了使频率比值β的取值兼顾最大功率和式(11)的开关管ZVS条件，分两种情况：

（1）若β₁时，，则取β₁；

（2）若β₁时，，则重新选择β的取值；

令，则可得

  (12) 

将α和β代入式(6)并进行化简得到谐振电容：  

  (13)。