[发明专利]一种无极灯用谐振变换器谐振参数设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及谐振变换器设计技术领域，特别是一种无极灯用谐振变换器谐振参数设计方法。

背景技术

提高开关频率可以减小电感、变压器等磁性元件的体积和重量，提高变换器的功率密度。然而随着开关频率的提高，由此带来开关管的损耗严重影响了电路的工作效率以及开关器件的使用寿命。高频谐振变换器利用其自身的谐振特性，可以实现开关管的零电压开通(zero voltage switching，ZVS)或者零电流关断(zero current switching，ZCS)，具有开关损耗小、效率高、EMI小等优点。因此，高频谐振变换器的应用十分广泛，无极灯电子镇流器则是谐振变换器在照明领域的典型应用。高频谐振变换器的性能好坏与谐振回路结构及其参数的设计是否合理有很大的关系，因此，对这种电路的设计主要围绕谐振回路来进行。传统谐振变换器谐振回路的参数设计大都是以基波分析法为基础，在分析和设计时所采用的固有谐振频率表达式都是假设变换器工作在开路状态得到的，忽略了负载等效电阻的影响，并不符合无极灯负载的实际工作情况，而且也没有考虑谐振回路参数变化导致电路固有谐振点发生偏移时无极灯的工作状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无极灯用谐振变换器谐振参数设计方法，该方法可以保证当电路固有谐振频率发生变化时，无极灯依然可以实现ZVS软开关，并输出最大功率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：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，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：

；

；

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。

进一步的，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电感原边，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；

通常取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)