一种谐振变换器的参数设计方法及其装置与流程

1.本发明涉及谐振变换器领域，尤其涉及一种谐振变换器的参数设计方法及其装置。


背景技术：

2.隔离型dc-dc变换器实现原副边的电气隔离，具有体积小、重量轻、效率高等优势，谐振型(llc)高频dc-dc变换器宽范围的电压增益以及全负载的软开关特性，在高压大功率场合优势更加突出，广泛应用于轨道交通牵引电力电子变压器、多端口dc-dc直流配电网以及新能源汽车等领域，成为国内外专家学者研究的热点。
3.近年来，随着高频化电力电子技术的飞速发展，以功率半导体器件为核心的隔离型谐振变换器得到了广泛的应用。考虑到大功率变换器重量和体积的要求，提升变换器的开关频率成为有效的手段；但较高的开关频率必然会导致较大的开关损耗，较大的开关损耗给变换器的设计和散热带来巨大的挑战，系统的体积和重量也因此受到限制。而llc谐振变换器作为谐振变换器的一种，相比传统的硬开关，llc谐振变换器能实现原边功率管的零电压开通(zvs)和副边二极管的零电流关断(zcs)，从而极大减小了变换器的损耗，达到减重减体积的目的。相比其他软开关技术，llc谐振变换器无需额外的硬件电路、功率器件承受的电压仅为母线电压、输出滤波器设计简单，具有结构简单、可靠性高的优势，在直直变换场合具有极大的应用前景。
4.llc谐振型变换器的拓扑结构如图1所示，其中v
in
为输入电压，c1、c2分别为上半压和下半压的支撑电容，s1～s8为全桥三电平原边的开关管，d
11
～d
14
为钳位二极管；lm、lr、cr分别为谐振腔的励磁电感、谐振电感和谐振电容，i
lr
为谐振电流，i
lm
为励磁电流，i
sec’为副边电流折算至一次侧的电流，i
sec
为副边电流；n为高频变压器的变比，v1～v4为副边开关管，cd是输出支撑电容，r
l
是负载，v0为输出电压。对llc谐振腔参数的合理设计，可以实现输出电压宽范围可调，原边开关器件实现zvs，副边开关器件实现zcs，因此，llc谐振参数的设计关乎变换器性能的好坏。
5.llc型谐振变换器传统设计思路：llc谐振变换器传统设计思路首先依据变换器的性能指标，在变换器额定工况下确定高频变压器的变比；其次，通过计算确定变换器的增益范围，并进一步确定输出电压的频率范围；再次，在保证软开关实现的情况下合理选择变换器的q值；完成上述步骤后便可以完成谐振腔参数的设计。
6.传统的llc型谐振腔参数设计存在的不足主要在于以下方面：
7.1.传统的llc型谐振腔参数设计是基于变换器的增益进行设计，而大功率llc变换器基本工作于恒定直流增益比。恒定的直流增益比表明变换器近似工作于定频，而不希望变换器开关频率范围太宽，频率范围太宽也会给高频变压器的设计带来负担。
8.2.传统的llc谐振腔参数设计是在死区时间内能完成结电容的电荷转移即可实现zvs，没有考虑到死区时间的影响。小功率场合死区时间的占比小，可以忽略，而大功率场合下，死区时间过大会导致谐振电流反向过零，不能实现zvs。
9.3.传统的llc谐振腔参数设计不能保证变换器的效率最优。通常，依据工程经验认为励磁电感越大，效率越高，而实际上效率与励磁电感并非是简单的线性关系。整个参数设计过程中，励磁电感的选择依赖于电感比k，而满足增益要求的电感比存在无数组解，因此，励磁电感也存在无数组解，选取的励磁电感下的变换器效率不一定最优。
10.4.传统的llc谐振腔参数设计没有考虑到工程化约束条件。励磁电感越大，关断电流越小，考虑开关管的关断延时(关断电流越小，关断时间越长)，若在死区时间内未完全关断，此时，同一桥臂的另一开关管开通必然会出现反向冲击电流，威胁到变换器的安全运行。
11.因此，为解决上述问题，本发明旨在提出一种谐振腔变换器设计方法，可实现变换器的效率最优设计。


技术实现要素：

12.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
13.根据本发明的一方面，提供了一种谐振变换器的参数设计方法，包括：基于谐振变换器的原边开关器件的零电压开关要求和副边开关器件的零电流开关要求确定所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系曲线，所述损耗包括开关损耗和通态损耗；以及基于所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系曲线确定满足效率最优条件的励磁电感设计值。
14.更进一步地，所述基于谐振变换器的损耗与励磁电感的关系曲线确定使得所述谐振变换器达到效率最优条件的励磁电感值包括：基于所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系曲线确定损耗最低点对应的励磁电感值以作为满足效率最优条件的励磁电感理论值；基于工程化关断电流的约束条件确定满足所述约束条件的励磁电感临界值；以及基于所述励磁电感理论值和所述励磁电感临界值确定所述励磁电感设计值。
15.更进一步地，所述基于所述励磁电感理论值和所述励磁电感临界值确定所述励磁电感设计值包括：响应于所述励磁电感理论值小于等于所述励磁电感临界值，将所述励磁电感理论值确定为所述励磁电感设计值；以及响应于所述励磁电感理论值大于所述励磁电感临界值，将所述励磁电感临界值确定为所述励磁电感设计值。
16.更进一步地，基于谐振变换器的原边开关器件的零电压开关要求和副边开关器件的零电流开关要求确定所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系曲线包括：基于所述谐振变换器的性能指标要求确定所述谐振变换器内的高频变压器的变比；基于所述谐振变换器的功率等级和开关器件的型号确定所述谐振变换器的谐振频率；以及将所述变比、所述谐振频率以及其他常量参数代入所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系式中以确定所述损耗与励磁电感的关系曲线。
17.更进一步地，所述参数设计方法还包括：建立所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系式。
18.更进一步地，所述建立所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系式包括：基于励磁电感实现零电压开关要求并利用所述谐振周期、开关周期和死区时间的关系确定出谐振
电流的有效值与励磁电感的关系式，所述关系式涉及所述死区时间对所述励磁电感的影响；基于谐振电流、励磁电流以及负载电流的关系确定出副边电流的有效值与励磁电感的关系式；基于所述原边开关器件的零电压开关要求、副边开关器件的零电流开关要求、所述谐振电流的有效值与励磁电感的关系式以及所述副边电流的有效值与励磁电感的关系式确定出所述原边开关器件的开通损耗和关断损耗以及所述副边开关器件的开通损耗和关断损耗；以及求出所述原边开关器件和所述副边开关器件的开通损耗和关断损耗之和以作为所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系式。
19.更进一步地，所述基于所述谐振变换器的性能指标要求确定所述谐振变换器内的高频变压器的变比包括：利用所述谐振变换器的输入额定电压和输出额定电压确定所述变比。
20.更进一步地，所述参数设计方法还包括：采用逐步逼近法确定出所述谐振变换器的电感比设计值；基于所述电感比设计值以及所述励磁电感设计值确定出所述谐振变换器的谐振电感设计值；以及基于所述谐振电感设计值和所述谐振频率确定出所述谐振变换器的谐振电容设计值。
21.更进一步地，所述采用逐步逼近法确定出所述谐振变换器的电感比设计值包括：假设所述谐振变换器的电感比值；采用fha分析法绘示出假设的电感比值对应的增益曲线以判断出增益是否满足所述谐振变换器的性能指标要求；以及将满足所述谐振变换器的性能指标要求的电感比值中的最大值确定为所述电感比的设定值。
22.更进一步地，所述基于所述电感比设计值以及所述励磁电感设计值确定出所述谐振变换器的谐振电感包括：利用谐振电感计算公式lr＝lm/k计算出所述谐振电感设计值，其中，lr为所述谐振电感设计值，lm为励磁电感设计值，k为电感比设计值。
23.更进一步地，所述基于所述谐振电感和所述谐振频率确定出所述谐振变换器的谐振电容设计值包括：利用谐振电容计算公式计算出所述谐振电容设计值，其中，lr为所述谐振电感设计值，fr为所述谐振频率。
24.根据本发明的另一个方面，还提供了一种谐振变换器的参数设计装置，包括：存储器；以及处理器，所述处理器与所述存储器耦接，所述处理器被配置成：基于谐振变换器的原边开关器件的零电压开关要求和副边开关器件的零电流开关要求确定所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系曲线，所述损耗包括开关损耗和通态损耗；以及基于所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系曲线确定满足效率最优条件的励磁电感设计值。
25.更进一步地，所述处理器进一步被配置成：基于所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系曲线确定损耗最低点对应的励磁电感值以作为满足效率最优条件的励磁电感理论值；基于工程化关断电流的约束条件确定满足所述约束条件的励磁电感临界值；以及基于所述励磁电感理论值和所述励磁电感临界值确定所述励磁电感设计值。
26.更进一步地，所述处理器进一步被配置成：响应于所述励磁电感理论值小于所述励磁电感临界值，将所述励磁电感理论值确定为所述励磁电感设计值；以及响应于所述励磁电感理论值大于所述励磁电感临界值，将所述励磁电感临界值确定为所述励磁电感设计值。
27.更进一步地，所述处理器进一步被配置成：基于所述谐振变换器的性能指标要求
确定所述谐振变换器内的高频变压器的变比；基于所述谐振变换器的功率等级和开关器件的型号确定所述谐振变换器的谐振频率；以及将所述变比、所述谐振频率以及其他常量参数代入所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系式中以确定所述损耗与励磁电感的关系曲线。
28.更进一步地，所述处理器还被配置成：建立所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系式。
29.更进一步地，所述处理器进一步被配置成：基于励磁电感实现零电压开关要求并利用所述谐振周期、开关周期和死区时间的关系确定出谐振电流的有效值与励磁电感的关系式，所述关系式涉及所述死区时间对所述励磁电感的影响；基于谐振电流、励磁电流以及负载电流的关系确定出副边电流的有效值与励磁电感的关系式；基于所述原边开关器件的零电压开关要求、副边开关器件的零电流开关要求、所述谐振电流的有效值与励磁电感的关系式以及所述副边电流的有效值与励磁电感的关系式确定出所述原边开关器件的开通损耗和关断损耗以及所述副边开关器件的开通损耗和关断损耗；以及求出所述原边开关器件和所述副边开关器件的开通损耗和关断损耗之和以作为所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系式。
30.更进一步地，所述处理器进一步被配置成：利用所述谐振变换器的输入额定电压和输出额定电压确定所述变比。
31.更进一步地，所述处理器还被配置成：采用逐步逼近法确定出所述谐振变换器的电感比设计值；基于所述电感比设计值以及所述励磁电感设计值确定出所述谐振变换器的谐振电感设计值；以及基于所述谐振电感设计值和所述谐振频率确定出所述谐振变换器的谐振电容设计值。
32.更进一步地，所述处理器进一步被配置成：假设所述谐振变换器的电感比值；采用fha分析法绘示出假设的电感比值对应的增益曲线以判断出增益是否满足所述谐振变换器的性能指标要求；以及将满足所述谐振变换器的性能指标要求的电感比值中的最大值确定为所述电感比的设定值。
33.更进一步地，所述处理器进一步被配置成：利用谐振电感计算公式lr＝lm/k计算出所述谐振电感设计值，其中，lr为所述谐振电感设计值，lm为励磁电感设计值，k为电感比设计值。
34.更进一步地，所述处理器进一步被配置成：利用谐振电容计算公式计算出所述谐振电容设计值，其中，lr为所述谐振电感设计值，fr为所述谐振频率。
35.根据本发明的又一个方面，还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一项所述的谐振变换器的参数设计方法的步骤。
36.基于本发明所述的谐振变换器的参数设计方法设计出的谐振变换器能保持高效率运行，降低了谐振变换器的冷却设计难度，有利于减小变换器的体积和重量，提升变换器的功率密度。
37.本发明所述的谐振变换器的参数设计方法从功率半导体器件的开通和关断特性角度，通过合理化的选择关断电流，进一步选择励磁电感，保证功率开关管工作在安全区，
进而保证了谐振变换器安全运行。
38.本发明所述的谐振变换器的参数设计方法不需要对励磁电感的设计反复迭代，求解过程简易。
39.本发明所述的谐振变换器的参数设计方法原理简单，易于工程化实现。
附图说明
40.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本发明的上述特征和优点。
41.图1是根据现有技术绘示的常规的全桥三电平谐振变换器拓扑结构示意图；
42.图2是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的参数设计方法的流程示意图；
43.图3a是根据谐振变换器的等效拓扑结构绘示的等效拓扑结构示意图；
44.图3b是根据图3a所示的谐振变换器的等效拓扑结构绘示的电流波形示意图；
45.图4是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的参数设计方法的部分流程示意图；
46.图5a是根据本发明的一个方面绘示的一具体实施例中的谐振电流的有效值与励磁电感的曲线关系示意图；
47.图5b是根据本发明的一个方面绘示的一具体实施例中的副边电流的有效值与励磁电感的曲线关系示意图；
48.图6是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的参数设计方法的部分流程示意图；
49.图7是根据本发明的一个方面绘示的一具体实施例中的谐振变换器的损耗与励磁电感的曲线关系示意图；
50.图8是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的参数设计方法的部分流程示意图；
51.图9是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的参数设计方法的部分流程示意图；
52.图10是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的参数设计方法的部分流程示意图；
53.图11是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例中的参数设计装置的示意框图。
具体实施方式
54.给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。
55.在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。
56.请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文
献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。
57.注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
58.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
59.注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。
60.以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
61.根据本发明的一个方面，提供一种谐振变换器的参数设计方法，适用于轨道交通牵引电力电子变压器、多端口dc-dc直流配电网以及新能源车辆等领域。
62.在一实施例中，如图2所示，谐振变换器的参数设计方法200包括步骤s210～s220。
63.其中，步骤s210为：基于谐振变换器的原边开关器件的零电压开关(zero voltage switch，zvs)要求和副边开关器件的零电流开关(zero current switch，zcs)要求确定所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系曲线，所述损耗包括开关损耗和通态损耗。
64.谐振变换器的等效拓扑图如图3a所示，对应的电流波形如图3b所示，其中，i
lr
为谐振电流，v
in
为输入电压，lr为谐振电感，cr为谐振电容，lm为励磁电感，i
lm
为励磁电流，i
sec’为原边电流有效值，r
ac
为等效负载电阻。本领域的技术人员可以理解，图3a所示的等效拓扑图可适用于半桥、全桥、两电平、三电平或多电平等多种拓扑型式的谐振变换器。其中所采用的开关管功率器件可采用igbt、mosfet、sic或其他现有或将有的半导体器件。
65.具体地，可先基于谐振变换器的原边开关器件的零电压开关要求和副边开关器件的零电流开关要求建立谐振变换器的损耗与励磁电感的关系式。
66.建立谐振变换器的损耗与励磁电感的关系式的步骤可如图4所示，包括步骤s410～s440。
67.其中，步骤s410为：基于励磁电感实现零电压开关要求并利用所述谐振周期、开关周期和死区时间的关系确定出谐振电流的有效值与励磁电感的关系式。
68.基于图3a和3b可得，当谐振变换器的开关频率f
sw
和谐振频率fr相同时，谐振电流和励磁电流的表达式分别如下所示：
[0069][0070][0071]
其中，i
pri
为谐振电流有效值，wr为谐振角频率且ωr＝2πfr，θ为初始相角，v0为负载两端的电压，n为变比，为tr为谐振周期。
[0072]
在半个开关周期内，输出电流的平均值满足以下公式：
[0073][0074]
其中，ts为开关周期。
[0075]
考虑到死区时间的影响，谐振周期、开关周期以及死区时间关系如下：
[0076]
ts＝tr 2tdꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0077]
其中，td为死区时间。
[0078]
为保证谐振变换器的原边开关器件实现零电压开关要求，则死区时间内需要完成结电容上的电荷转移，故励磁电感恰好实现zvs的临界条件为：
[0079][0080]
其中，cj为结电容，ξ为系数。
[0081]
联立式(1)～式(5)可得谐振电流的有效值与励磁电感的关系式如下：
[0082][0083]
进一步地，步骤s420为：基于谐振电流、励磁电流以及负载电流的关系确定出副边电流的有效值与励磁电感的关系式。
[0084]
具体地址，谐振电流、励磁电流和负载电流满足下式：
[0085]isec
'(t)＝i
lr
(t)-i
lm
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0086]
从而，副边电流折算至原边电流的有效值i
sec
'为：
[0087][0088]
计算可得原边电流的有效值与励磁电感的关系式如下：
[0089][0090]
则副边电流的有效值与励磁电感的关系式如下：
[0091]isec
＝ni
sec
'
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0092]
将式(9)代入式(10)，并绘示出式(6)和式(10)的曲线图。图5a和5b示出了一具体实施例中的式(6)和式(10)的曲线图。从该具体实施例中可以看出，谐振电流的有效值与励磁电感的关系以及副边电流的有效值与励磁电感的关系并不是线性变化的，存在一励磁电
感值使得所对应的谐振电流的有效值和副边的电流有效值最小。
[0093]
进一步地，步骤s430为：基于所述原边开关器件的零电压开关要求、副边开关器件的零电流开关要求、所述谐振电流的有效值与励磁电感的关系式以及所述副边电流的有效值与励磁电感的关系式确定出所述原边开关器件的开通损耗和关断损耗以及所述副边开关器件的开通损耗和关断损耗。
[0094]
本领域的技术人员可以理解，谐振变换器的损耗分为开关损耗和通态损耗。
[0095]
由于原边功率器件需实现zvs，因此开通损耗为0，故原边功率器件的开关损耗主要集中在关断损耗上。原边功率器件的通态损耗包括开关管的通态损耗和二极管的通态损耗。其中，二极管的通态损耗占比很小近似可以忽略不计，因此原边功率器件的通态损耗可仅考虑开关管的通态损耗。
[0096]
对副边二极管而言，副边二极管处于zcs，无开关损耗，只有通态损耗。
[0097]
分别计算出谐振变换器的开关损耗、原边开关管的通态损耗和副边二极管的通态损耗。
[0098]
谐振变换器的开关损耗如下：
[0099][0100]
其中，为关断电流，f
sw
为开关频率，e
on
为开通一次所需的能量(取0)，e
off
为关断能量(查阅开关器件手册获得)，i
nom
为开关器件的额定电流，u
nom
为开关器件的额定电压，u
dc
为开关器件关断时集电极和发射极(ce)之间的电压。
[0101]
原边开关管的通态损耗如下：
[0102]
p
ss_igbt
＝(v
f0_125
·ipri
r
d0_125
·ipri2
)
·
d1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0103]
其中，v
f0_125
为原边开关管的通态压降，r
d0_125
为模块引线等效电阻，d1为通态时间的占比。
[0104]
副边二极管的通态损耗如下：
[0105]
p
ss_diode
＝(vf·isec
)
·
d2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0106]
其中，vf为副边二极管的通态压降，d2为副边二极管的通态时间的占比。
[0107]
进一步地，步骤s440为：求出所述原边开关器件和所述副边开关器件的开通损耗和关断损耗之和以作为所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系式。
[0108]
谐振变换器的总损耗如下：
[0109]
p
total_loss
＝8
·
p
sw_igbt
8
·
p
ss_igbt
4
·
p
ss_diode
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0110]
则将上述式(6)、(10)、(11)、(12)和(13)代入式(14)中可得到谐振变换器的损耗与励磁电感的关系式为：
[0111][0112]
本领域的技术人员可以理解，式(15)中涉及的参数中，变比n和谐振频率fr可基于谐振变换器的性能指标要求、功率等级和开关器件的型号来确定，开关频率f
sw
与谐振频率fr相等，除励磁电感lm以外其他参数均为常量参数。
[0113]
上述推导计算过程无需在每次设计过程中重复进行，因此可直接利用上述式(15)来进行励磁电感的确定。则如图6所示，步骤s210可包括步骤s211～s213。
[0114]
其中，步骤s211为：基于所述谐振变换器的性能指标要求确定所述谐振变换器内的高频变压器的变比。
[0115]
谐振变换器的性能指标要求包括输出额定电压v
0n
和额定负载r
l
，根据输入额定电压和输出额定电压确定出高频变压器的变比n，如下式所示：
[0116]
n＝v
inn
/v
0n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0117]
其中，v
inn
为输入额定电压，v
0n
为输出额定电压。
[0118]
步骤s212为：基于所述谐振变换器的功率等级和开关器件的型号确定所述谐振变换器的谐振频率。
[0119]
依据变换器的功率等级及开关器件的型号，初步确定变换器的谐振频率fr，而变换器的开关频率范围为f
sw
＝(0.7～0.9)fr，开关频率f
sw
与谐振频率fr相等。
[0120]
进一步地，步骤s213为：将变比、谐振频率以及其他常量参数代入谐振变换器的损耗与励磁电感的关系式中以确定所述损耗与励磁电感的关系曲线。
[0121]
将上述基于谐振变换器的性能指标要求、功率等级和开关器件的型号来确定出的变比n和谐振频率fr以及其他常量参数代入式(15)中并进行绘示以得到损耗与励磁电感的关系曲线。图7示出了一具体实施例中的损耗与励磁电感的关系曲线，如图7所示，基于该关系曲线，可确定出损耗最小值所对应的励磁电感值l
m_cal
。
[0122]
步骤s220为：基于所述谐振变换器的损耗与励磁电感的关系曲线确定满足效率最优条件的励磁电感设计值。
[0123]
如图7所示，基于谐振电感的损耗与励磁电感的关系曲线确定出损耗最小值所对应的励磁电感值l
m_cal
为满足谐振变换器的效率最优条件的励磁电感理论值，而励磁电感设计值需要满足工程化要求，因此，只有当励磁电感理论值满足工程化要求时才可采用。
[0124]
进一步地，如图8所示，步骤s220可包括步骤s221～s223。
[0125]
其中，步骤s221为：基于损耗与励磁电感的关系曲线确定损耗最低点对应的励磁电感值以作为满足效率最优条件的励磁电感理论值。
[0126]
步骤s222为：基于工程化关断电流的约束条件确定满足所述约束条件的励磁电感临界值。
[0127]
本领域的技术人员可以理解，励磁电感理论值在工程上并不一定具有可实现性，若励磁电感l
m_cal
参数过大，将导致开关管关断延时增加，在同一桥臂的另一开关管开通时会出现电流尖峰，严重威胁变换器可靠运行。因此，建立工程化关断电流的约束条件如下：
[0128][0129]
基于式(17)可得到满足工程化关断电流的约束条件的励磁电感临界值l
m_tem
，如式(18)所示：
[0130][0131]
其中，i
off_tem
为开关管关断电流的临界值。
[0132]
进一步地，步骤s223为：基于所述励磁电感理论值和所述励磁电感临界值确定所述励磁电感设计值。
[0133]
具体地，当励磁电感理论值l
m_cal
满足工程化关断电流的约束条件时即响应于励磁电感理论值l
m_cal
小于等于励磁电感临界值i
off_tem
，将励磁电感理论值l
m_cal
确定为励磁电感设计值i
m_opt
。
[0134]
当励磁电感理论值l
m_cal
不满足工程化关断电流的约束条件时即响应于励磁电感理论值l
m_cal
大于励磁电感临界值i
off_tem
，将励磁电感临界值i
off_tem
确定为励磁电感设计值i
m_opt
。
[0135]
以上为谐振变换器的励磁电感参数的设计过程，谐振变换器的设计参数还包括电感比、谐振电感以及谐振电容。
[0136]
则进一步地，谐振变换器的参数设计方法200还可包括步骤s230～250，如图9所示。
[0137]
其中，步骤s230为：采用逐步逼近法确定出所述谐振变换器的电感比设计值。
[0138]
逐步逼近法是指从与问题的实质内容有着本质联系的某些容易着手的条件或某些减弱的条件出发,再逐步地扩大(或缩小)范围,逐步逼近,以至最后达到问题所要求的解的方法。具体步骤可如图10所示，包括步骤s231～s233。
[0139]
步骤s231为：假设谐振变换器的电感比值。
[0140]
步骤s232为：采用fha分析法(fundamental harmonic approximation，基本谐波等效分析法)绘示出假设的电感比值对应的增益曲线以判断出增益是否满足所述谐振变换器的性能指标要求。
[0141]
谐振变换器的增益可采用下式表示：
[0142][0143]
其中，f
sw
为谐振变换器的开关频率，fr为谐振频率，lr为谐振电感，cr
为谐振电容且r
ac
为负载等效电阻，k为假设的电感比值。
[0144]
可以理解，根据增益曲线，当开关频率f
sw
在设计范围内变化时，若假设的电感比值使得输出电压满足设计要求，则认为增益满足谐振变换器的性能指标要求，否则继续执行步骤s231直到出现使得增益满足谐振变换器的性能指标要求的电感比值。
[0145]
步骤s233为：将满足所述谐振变换器的性能指标要求的电感比值中的最大值确定为所述电感比设定值。
[0146]
本领域的技术人员可以理解，上述步骤s231可从大到小的假设电感比值；步骤s232则逐一对假设的电感比值确定增益是否满足谐振变换器的性能指标要求直到出现使得增益满足谐振变换器的性能指标要求的电感比值；步骤s233将该使得增益满足谐振变换器的性能指标要求的电感比值确定为电感比设定值。
[0147]
可选地，上述步骤s231可以是假设一定数量的电感比值；步骤s232可以是对每一假设的电感比值确定增益是否满足谐振变换器的性能指标要求，从而确定出该些假设的电感比值中使得增益是否满足谐振变换器的性能指标要求的电感比值；步骤s233从该些使得增益是否满足谐振变换器的性能指标要求的电感比值中确定一最大值作为电感比设定值。
[0148]
可以理解，上述两种方式均可确定出一满足所述谐振变换器的性能指标要求的较大的电感比值。
[0149]
步骤s240为：基于所述电感比设计值以及所述励磁电感设计值确定出所述谐振变换器的谐振电感设计值。
[0150]
具体地，利用谐振电感计算公式计算出所述谐振电感设计值，谐振电感计算公式如下：
[0151]
lr＝lm/k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)
[0152]
其中，lr为所述谐振电感设计值，lm为励磁电感设计值，k为电感比设计值。
[0153]
步骤s250为：基于所述谐振电感设计值和所述谐振频率确定出所述谐振变换器的谐振电容设计值。
[0154]
具体地，利用谐振电容计算公式计算出谐振电容设计值，谐振电容计算公式如下：
[0155][0156]
其中，lr为谐振电感设计值，fr为谐振频率。
[0157]
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
[0158]
根据本发明的另一个方面，还提供一种谐振变换器的参数设计装置。
[0159]
在一实施例中，如图11所示，谐振变换器的参数设计装置1100包括存储器1110和处理器1120。
[0160]
存储器1110用于存储计算机程序。
[0161]
处理器1120与存储器1110耦接，用于执行所述存储器1110上存储的计算机程序。
处理器1120执行所述存储器1110上存储的计算机程序时实现上述任一实施例中参数设计方法200的步骤。
[0162]
根据本发明的又一个方面，还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述任一实施例中参数设计方法200的步骤。
[0163]
本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。
[0164]
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
[0165]
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
[0166]
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
[0167]
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线
技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
[0168]
提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。