[发明专利]一种LCLCL谐振变换器的磁设计建模方法

说明书

本发明提供了一种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。

技术领域

本发明属于功率变换器技术领域，具体涉及一种LCLCL谐振变换器的磁设计建模方法。

背景技术

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：

(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。

(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。

(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。

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。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明提供了一种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：

(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。

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：

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；