[发明专利]用于有轨电车辅助电源DC/DC电路的参数选择方法及控制方法

权利要求书

1.一种用于有轨电车辅助电源DC/DC电路的参数选择方法，其特征在于，有轨电车辅助电源DC/DC电路包括TLBoost变换器和LLC定频谐振变换器，其中，所述TLBoost变换器包括：升压电抗器、第一功率模块、第一平波电容及均压电阻，所述升压电抗器的输入端与直流电源的输入端连接，所述升压电抗器的输出端与所述第一功率模块的输入端连接，所述第一功率模块的输出端与所述第一平波电容的输入端和输出端连接，所述第一平波电容与所述均压电阻并联连接；所述LLC定频谐振变换器包括：第二功率模块、隔直电容、变压器、整流二极管及第二平波电容，所述第二功率模块的输入端与所述均压电阻的输入端和输出端连接，所述第二功率模块的输出端与所述隔直电容和所述变压器的输入端连接，所述变压器的输入端还与所述隔直电容的输出端连接，所述变压器的输出端与所述整流二极管的输入端连接，所述整流二极管的输出端与所述第二平波电容的输入端和输出端连接，所述整流二极管与所述第二平波电容并联连接，所述第二平波电容的输出端与所述直流电源的输出端连接；所述参数选择方法包括如下步骤：

获取所述有轨电车辅助电源DC/DC电路中需确定参数值的多个元器件；

根据升压电抗器的电感脉冲最大电流值确定所述升压电抗器的参数值，具体包括：基于CCM模式，确定所述升压电抗器在全占空比范围内的第一电感脉冲电流最大值；基于所述TLBoost变换器的最大输入电流值和所述升压电抗器的电流纹波率，确定所述升压电抗器的第二电感脉冲电流最大值；根据所述第一电感脉冲电流最大值和所述第二电感脉冲电流最大值，通过公式计算得到升压电抗器的电感值，式中，L_1A和L_1B分别表示升压电抗器L_1A或升压电抗器L_1B的电感值；I_{in_max}表示为TLBoost变换器的最大输入电流值；r表示为升压电抗器L_1A或升压电抗器L_1B的电流纹波率；T_S表示为TLBoost变换器的开关周期；V₀表示为TLBoost变换器的输出电压值；根据第一平波电容满足的预设限制条件确定所述第一平波电容的参数值，具体包括：当所述第一平波电容需承受所述TLBoost变换器中的纹波电流时，则基于所述TLBoost变换器输出的CCM模式下的正负方波，计算所述第一平波电容的纹波电流有效值；根据所述第一平波电容的纹波电流有效值，确定所述第一平波电容的纹波电流最大值；当所述第一平波电容需将所述TLBoost变换器的电压波动控制在预设范围时，则基于所述TLBoost变换器的输出电压值和所述TLBoost变换器的输出电压纹波率，确定所述TLBoost变换器的输出电压的波动范围；根据所述TLBoost变换器的输出电压的波动范围、所述第一平波电容的纹波电流最大值、所述TLBoost变换器的开关周期及所述TLBoost变换器的最大占空比，通过公式计算所述第一平波电容的电容值范围，式中，C表示为第一平波电容C₁或第一平波电容C₂的电容值范围；I_{rms_max}表示为流经第一平波电容C₁或第一平波电容C₂的纹波电流最大值；D_{on_max}表示为TLBoost变换器的最小输入电压值对应的占空比；Δu表示为TLBoost变换器的输出电压的波动范围；根据均压电阻的电流值与所述第一平波电容的漏电流值的关系确定所述均压电阻的参数值，具体包括：确定所述均压电阻的电流值与所述第一平波电容的漏电流值的第一电流关系为：I_RC＝20I_leak，式中，I_RC表示为流经均压电阻R_C1或均压电阻R_C2的电流值；I_leak表示为第一平波电容C₁或第一平波电容C₂的漏电流值；根据欧姆定律和所述第一电流关系，通过公式计算得到所述均压电阻的电阻值，式中，R_C1和R_C2分别表示为均压电阻R_C1和均压电阻R_C2的电阻值；

根据满载时隔直电容的电压值和TLBoost变换器的输出电压值的关系确定所述隔直电容的参数值，具体包括：确定满载时所述隔直电容的电压值和所述TLBoost变换器的输出电压值的电压关系为：U_C＝10％V₀，式中，U_C表示为满载时隔直电容22的电压值；根据欧姆定律和所述电压关系，通过公式计算得到所述隔直电容的电容值，式中，C_b表示为隔直电容的电容值；f_S表示为LLC定频谐振变换器的开关频率；根据LLC定频谐振变换器的谐振周期、所述隔直电容的参数值及第二功率模块的结电容值确定变压器的参数值，具体包括：确定所述LLC定频谐振变换器的谐振频率和所述LLC定频谐振变换器的开关频率的频率关系为：f_r＝(1.1～1.2)f_S，式中，f_r表示为LLC定频谐振变换器的谐振频率；f_S表示为LLC定频谐振变换器的开关频率；确定所述LLC定频谐振变换器的谐振频率和所述LLC定频谐振变换器的谐振周期的周期关系；根据所述频率关系、所述周期关系、整流二极管的死区时间及所述第二功率模块的结电容值，通过公式计算得到所述变压器的励磁电感值，式中，L_m表示为变压器的励磁电感值；t_d表示为整流二极管的死区时间，取3μs～5μs；C_res表示为功率器件S₃或功率器件S₄的结电容值，可通过IGBT手册查阅得到；T_r表示为LLC定频谐振变换器的谐振周期；根据所述频率关系和所述隔直电容的电容值，通过公式计算得到所述变压器的漏感值，式中，L_k表示为变压器的漏感值；C_b表示为隔直电容的电容值；根据所述变压器副边的最大输出电流值和所述LLC定频谐振变换器的输出电流的关系及所述LLC定频谐振变换器的输出电压的波动范围确定所述第二平波电容的参数值，具体包括：根据所述变压器的原边和副边的变比、所述第二平波电容的电流纹波率、所述LLC定频谐振变换器的输出电流值、所述LLC定频谐振变换器的谐振频率、所述LLC定频谐振变换器的开关频率，所述LLC定频谐振变换器的输出电压值及所述变压器的励磁电感值，通过以下公式计算得到所述变压器副边的最大输出电流值：式中，I_{peak_s}表示为变压器副边最大电流值，n为变压器变比；f_C表示为第二平波电容的电流纹波率，其中，f_C＝2f_S，I_S表示为LLC定频谐振变换器的输出电流，P_S表示为LLC定频谐振变换器的输出功率；V_S表示为LLC定频谐振变换器的输出电压；通过所述变压器副边的最大输出电流值和所述LLC定频谐振变换器的输出电流的第二电流关系确定所述第二平波电容的纹波电流值，第二电流关系为：I_C＝I_{peak_s}-I_S，式中，I_C表示为流经第二平波电容的纹波电流值；根据所述第二电流关系，计算得到所述第二平波电容的纹波电流值；基于所述第二平波电容的纹波电流值，确定所述第二平波电容的电流有效值；基于所述LLC定频谐振变换器输出电压的纹波率，计算得到所述LLC定频谐振变换器的输出电压的波动范围；根据所述LLC定频谐振变换器的输出电压的波动范围、所述LLC定频谐振变换器的开关频率及所述第二平波电容的纹波电流值，通过公式计算得到所述第二平波电容的电容值，式中，C₃表示为第二平波电容的电容值；ΔV_S表示为LLC定频谐振变换器的输出电压的电压波动范围；

根据多个所述元器件的参数值，确定所述有轨电车辅助电源DC/DC电路中多个所述元器件的型号。