[发明专利]一种用于高效率功率变换器的谐振特性动态构建方法

说明书

本发明涉及一种用于高效率功率变换器的谐振特性动态构建方法，设置包括依次连接的功率开关单元、谐振单元、复合线圈单元和副边整流单元组成的谐振式功率系统，谐振单元通过共有部分谐振元件的方式产生耦合，在获得动态的多源激励的情况下，对一个或多个功率开关单元进行多个能量源/电压源的电压与相位调节，通过改变谐振耦合程度或等效谐振腔结构或组合谐振腔的数量，对目标谐振曲线进行分段拟合，即在不同阶段采用不同的功率开关单元控制方式，实现谐振网络特性曲线的实时调整。与现有技术相比，本发明具有使系统在维持宽电压范围变换的同时，在不同电压区间内实时改变谐振特性，从而维持较好的增益特性与软开关特性的优点。

技术领域

本发明涉及电能传输技术领域，尤其是涉及一种用于高效率功率变换器的谐振特性动态构建方法。

背景技术

谐振网络的特性优化对谐振式功率系统的高密度集成与无线电能传输的效率提升都具有重要意义。作为应用场景之一的无线充电领域中，无线电能传输所用的线圈之间(发射端与接收端之间)形成了一定的谐振网络，其谐振状态会直接影响能量传输的效率，因此系统可能需要加入一些补偿网络来优化其特性。同时，在新能源发电的应用场景中，更高的功率密度已成为重要目标，对于隔离式的DC-DC变换器，最为适用的拓扑是以LLC为代表的谐振软开关电路，其优势在于可实现主开关管的零电压导通(ZVS)和零电流关断(ZCS)。但LLC等谐振变换器的软开关条件也有一定的限制，往往受限于谐振特性，不易在较宽的电压范围内完全实现软开关(具体原因如图1所示)。因此，使用具有宽软开关范围的改进型LLC谐振拓扑结构具有现实意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的谐振变换器不易在较宽的电压范围内完全实现软开关的缺陷而提供一种用于高效率功率变换器的谐振特性动态构建方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于高效率功率变换器的谐振特性动态构建方法，设置包括依次连接的功率开关单元、谐振单元、复合线圈单元和副边整流单元组成的谐振式功率系统，谐振单元通过共有部分谐振元件的方式产生耦合，在获得动态的多源激励的情况下，对一个或多个功率开关单元进行多个能量源/电压源的电压与相位调节，通过改变谐振耦合程度或等效谐振腔结构或组合谐振腔的数量，对目标谐振曲线进行分段拟合，即在不同阶段采用不同的功率开关单元控制方式，实现谐振网络特性曲线的实时调整，使功率开关单元通过复合线圈单元将能量传递至副边整流单元后，经过副边整流单元提供至负载。

所述功率开关单元的控制类型包括PWM信号占空比调节、相位调节和开关频率调节。所述功率开关单元的控制方式包括PWM信号占空比调节、相位调节和开关频率调节中的单种控制类型或多种控制类型的组合。

对功率开关单元进行多个能量源/电压源的电压与相位调节包括对功率开关单元的开关频率、PWM占空比及相位的控制，使各路谐振单元各自获得输入电压幅值、脉宽、频率与相位可调的输入电压信号。

功率开关单元之间谐振耦合的形式包括谐振单元的组合连接、谐振单元的共享或相互嵌套、加入额外的连接网络。所述额外的连接网络的类型包括电感、电容或谐振网络。仅有单个功率变换单元时，此时谐振单元为单路谐振。

进一步地，所述功率开关单元采用半桥、全桥、桥式级联、多电平或复合桥臂结构。

所述谐振单元包括至少两个谐振元件经串并联组合而构成。

所述复合线圈单元的具体结构为一个或多个无线电能传输所用的线圈或天线的组合、或者是一个或多个变压器的组合、或者是变压器与无线电能传输所用线圈或天线的组合。