CN109412418A - Llc直流变压器参数的计算方法、装置、计算机及存储介质 - Google Patents

Llc直流变压器参数的计算方法、装置、计算机及存储介质 Download PDF

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CN109412418A CN201811025692.XA CN201811025692A CN109412418A CN 109412418 A CN109412418 A CN 109412418A CN 201811025692 A CN201811025692 A CN 201811025692A CN 109412418 A CN109412418 A CN 109412418A
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Abstract

本申请涉及一种LLC直流变压器参数的计算方法、装置、计算机设备以及计算机可读存储介质，LLC直流变压器包括励磁电感与开关管，上述方法包括：获取LLC直流变压器的目标效率以及开关管的功率损耗；根据目标效率和开关管的功率损耗计算励磁电感的第一电感值；根据软开关实现条件计算励磁电感的第二电感值；判断第一电感值是否小于所述第二电感值；在第一电感值小于第二电感值的情况下，基于第一电感值和第二电感值确定励磁电感的电感值范围。上述LLC直流变压器参数的计算方法，通过目标效率和开关管的功率损耗确定励磁电感的下限值，通过软开关实现条件确定励磁电感的上限值，计算过程简单，缩小参数取值范围，效率较高，且能检验开关管的选择是否合适。

Description

LLC直流变压器参数的计算方法、装置、计算机及存储介质
技术领域
本发明涉及发电机领域，特别是涉及一种LLC直流变压器参数的计算方法、装置、计算机设备以及计算机可读存储介质。
背景技术
在分布式发电中，用户储能系统是非常重要的部分，由于电池电压与直流母线电压等级差距较大，成为保证安全，通常选择使用隔离型双向LLC直流变压器。传统LLC直流变压器的设计方法中，励磁电感等变压器参数的计算比较复杂，一般需要进行复杂的扫描性质的参数筛选，效率较低，对于缺乏经验的设计者，很难获得合适的参数取值。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种LLC直流变压器参数的计算方法、装置、计算机设备以及计算机可读存储介质，可以确定励磁电感等变压器参数的取值范围，有效提高LLC直流变压器参数设计的效率与可行性。
一种LLC直流变压器参数的计算方法，所述LLC直流变压器包括励磁电感与开关管，所述方法包括：
获取所述LLC直流变压器的目标效率以及所述开关管的功率损耗；
根据所述目标效率和所述开关管的功率损耗计算所述励磁电感的第一电感值；
根据软开关实现条件计算所述励磁电感的第二电感值；
判断所述第一电感值是否小于所述第二电感值；
在所述第一电感值小于所述第二电感值的情况下，基于所述第一电感值和所述第二电感值确定所述励磁电感的电感值范围。
上述LLC直流变压器参数的计算方法，通过目标效率和开关管的功率损耗确定励磁电感的下限值，通过软开关实现条件确定励磁电感的上限值，计算过程比较简单，缩小了参数的取值范围，提高了效率，且能够检验开关管的选择是否合适。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
在所述第一电感值大于或等于所述第二电感值的情况下，变更所述开关管；
基于变更的开关管的功率损耗，根据所述目标效率计算励磁电感的更新第一电感值；
判断所述更新第一电感值是否小于所述第二电感值；
在所述更新第一电感值小于所述第二电感值的情况下，基于所述更新第一电感值和所述第二电感值确定所述励磁电感的电感值范围。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
获取所述LLC直流变压器的目标功率密度；
根据所述目标功率密度确定所述LLC直流变压器的工作频率。
在其中一个实施例中，所述LLC直流变压器包括谐振电感，所述方法还包括：
根据所述LLC直流变压器的漏感和所述开关管的寄生电容确定谐振电感的电感值。
在其中一个实施例中，所述LLC直流变压器包括谐振电容，所述方法还包括：
根据所述工作频率和所述谐振电感的电感值确定所述谐振电容的电容值。
在其中一个实施例中，所述根据所述LLC直流变压器的漏感和所述开关管的寄生电容确定谐振电感的电感值包括：
获取所述LLC直流变压器的漏感作为所述谐振电感的电感值；
根据所述谐振电感和所述开关管的寄生电容计算谐振周期是否满足预设条件；
若所述谐振周期不满足预设条件，则调整谐振电感的电感值。
在其中一个实施例中，所述预设条件包括所述谐振周期大于n倍的死区时间；其中，n大于2。
一种LLC直流变压器参数的计算装置，所述LLC直流变压器包括励磁电感与开关管，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述LLC直流变压器的目标效率以及所述开关管的功率损耗；
第一计算模块，用于根据所述目标效率和所述开关管的功率损耗计算所述励磁电感的第一电感值；
第二计算模块，用于根据软开关实现条件计算所述励磁电感的第二电感值；
判断模块，用于判断所述第一电感值是否小于所述第二电感值；
范围确定模块，用于在所述第一电感值小于所述第二电感值的情况下，基于所述第一电感值和所述第二电感值确定所述励磁电感的电感值范围。
上述LLC直流变压器参数的计算装置，通过目标效率和开关管的功率损耗确定励磁电感的下限值，通过软开关实现条件确定励磁电感的上限值，计算过程比较简单，缩小了参数的取值范围，提高了效率，且能够检验开关管的选择是否合适。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任意一项所述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任意一项所述方法的步骤。
附图说明
图1为一个实施例中LLC直流变压器参数的计算方法的流程示意图；
图2为一个实施例中LLC直流变压器的结构示意图；
图3为另一个实施例中开关管损耗与励磁电感的关系示意图；
图4为另一个实施例中LLC直流变压器参数的计算方法的流程示意图；
图5为一个实施例中LLC直流变压器参数的计算方法步骤S222的流程示意图；
图6为一个实施例中LLC直流变压器的直流增益曲线的示意图；
图7为一个实施例中LLC直流变压器的仿真波形示意图；
图8为一个实施例中LLC直流变压器参数的计算装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
图1为一个实施例中LLC直流变压器参数的计算方法的流程示意图，LLC直流变压器包括励磁电感与开关管。在一个实施例中，LLC直流变压器的结构如图2所示，LLC直流变压器电路的主体结构为串并联谐振变换器(LLC)，LLC直流变压器包含一个高频变压器及其励磁电感Lm以及由谐振电感Lr、谐振电容Cr组成的谐振电路。两个全桥均采用可控开关管(电力MOSFET)以实现能量的双向流动，S1～S8为电路中的8个开关管，图中开关管并联的二极管与电容，均为开关管本身具有的体二极管与寄生电容。
在一个实施例中，如图1所示，一种LLC直流变压器参数的计算方法，包括：
步骤S112：获取LLC直流变压器的目标效率以及开关管的功率损耗。
具体地，在进行LLC直流变压器设计时，首先设定LLC直流变压器的目标效率，其中目标效率可以根据LLC直流变压器的应用场合以及规格要求等确定。获取目标效率后对LLC直流变压器中的开关管的电性参数进行设定，获取所选开关管的功率损耗。
步骤S114：根据目标效率和开关管的功率损耗计算励磁电感的第一电感值。
具体地，在LLC直流变压器电路中，开关管的功率损耗与LLC直流变压器中的励磁电感Lm的电感值有关，励磁电感会通过励磁电流影响开关管电路中的电流，从而影响开关管的功率损耗，可以根据所选择开关管的电性参数，计算开关管的功率损耗与励磁电感的电感值之间的关系函数。图3为另一个实施例中开关管损耗与励磁电感的关系示意图，如图3所示，励磁电感的电感值越小，则开关管所损耗的功率越大，可以根据LLC直流变压器的目标效率，计算出开关管损耗功率的最大值，从而根据开关管的功率损耗与励磁电感的电感值之间的关系函数计算出励磁电感的电感值下限，即为第一电感值，当励磁电感的电感值大于此第一电感值时，开关管的功率损耗满足目标效率的要求。
步骤S116：根据软开关实现条件计算所述励磁电感的第二电感值。
具体地，在得到励磁电感的电感值下限后，根据LLC直流变压器电路的软开关实现条件，可以计算得到励磁电感的电感值上限，即第二电感值。当励磁电感小于第二电感值时，LLC直流变压器电路可以实现软开关，从而实现电呀变换器的高频化，减小了开关损耗，同时降低电源噪声。
步骤S118：判断第一电感值是否小于第二电感值。
具体地，在得到第一电感值以及第二电感值后，比较第一电感值和第二电感值的大小，如果第一电感值大于或等于第二电感值，即表示所选定的开关管不符合设计要求，需要对所选的开关管进行变更的选型。如果如果第一电感值小于第二电感值，则说明所选定的开关管可以实现设计要求，则进入步骤S120确定励磁电感的电感值范围。
步骤S120：在第一电感值小于第二电感值的情况下，基于第一电感值和第二电感值确定所述励磁电感的电感值范围。
具体地，若第一电感值小于第二电感值，则第一电感值为励磁电感电感值的最小值，则第二电感值为励磁电感电感值的最大值，则励磁电感的电感值取值范围为第一电感值至第二电感值之间。进一步地，在第一电感值与第二电感值之间，可以选取比较接近第一电感值的励磁电感值，计算实际效率是否满足目标，若不满足，则可以调整励磁电感感值重新计算，直至得到的效率满足目标效率，以确定励磁电感的电感值。
上述LLC直流变压器参数的计算方法，通过目标效率和开关管的功率损耗确定励磁电感的下限值，通过软开关实现条件确定励磁电感的上限值，计算过程比较简单，缩小了参数的取值范围，提高了效率，且能够检验开关管的选择是否合适。
图4为另一个实施例中LLC直流变压器参数的计算方法的流程示意图，在一个实施例中，如图4所示，其中步骤S212、S214、S216、S218以及S220可以与以上实施例中的相应步骤分别相同，该实施例的LLC直流变压器参数的计算方法还包括：
步骤S219：在第一电感值大于或等于第二电感值的情况下，变更开关管。
具体地，若第一电感值大于或等于第二电感值，则说明所选定的开关管电性参数不能满足设计目标，则变更开关管，重新进入步骤S212，选定新的开关管后，基于变更的开关管的功率损耗，根据目标效率计算励磁电感的更新第一电感值；得到更新第一电感值后，判断更新第一电感值是否小于第二电感值；若判断更新第一电感值小于第二电感值的情况下，则基于更新第一电感值和第二电感值确定励磁电感的电感值范围。
若判断在更新第一电感值依旧大于或等于第二电感值的情况下，则继续变更开关管，并重新进入步骤S212，重新计算更新第一电感值，直至得到的更新第一电感值小于第二电感值。若所有开关管所得到的第一电感值均大于等于第二电感值，则说明设计目标无法实现，则可以重新调整LLC直流变压器的规格参数等设计目标，以重新进行计算。从而实现对开关管选择和设计可行性的检验。
在一个实施例中，上述LLC直流变压器参数的计算方法还包括：
步骤S202：获取LLC直流变压器的目标功率密度。
步骤S204：根据目标功率密度确定LLC直流变压器的工作频率。
具体地，除了LLC直流变压器的目标效率以及开关管的功率损耗，还可以根据应用场合、规格要求等确定LLC直流变压器的目标功率密度。并设定一初始工作频率，按照该频率计算LLC直流变压器的尺寸从而计算整体功率密度，若计算得到的功率密度符合目标功率密度，则可以降低设定的工作频率重新进行计算，直至获取合适的工作频率。
在一个实施例中，上述LLC直流变压器参数的计算方法还包括：
步骤S222：根据LLC直流变压器的漏感和开关管的寄生电容确定谐振电感的电感值。
具体地，LLC直流变压器工作在定频状态，正向(从左至右传输能量)和反向(从右至左传输能量)运行的电路结构不对称，电路处于反向运行时，寄生电容影响较为明显。因此可以以变压器漏感为基准，结合开关管体二极管的寄生电容，计算其在死区时间内引起振荡的周期，从而确定谐振电感Lr的电感值，可以有效抑制寄生电容引起的谐振电流振荡，减小开关管的寄生电容对LLC直流变换器电路造成的不良影响。
在一个实施例中，上述LLC直流变压器参数的计算方法还包括：
步骤S224：根据工作频率和谐振电感的电感值确定谐振电容的电容值。
具体地，根据上述步骤得到的LLC直流变换器的工作频率以及谐振电感的电感值，可以对谐振电容Cr的电容值进行计算，从而得到了LLC直流变压器的各项参数，避免了选取开关管和确定电感和电容参数的盲目性，既能满足目标效率，又可以抑制寄生电容导致的谐振电流振荡问题。
图5为一个实施例中LLC直流变压器参数的计算方法步骤S222的流程示意图，在一个实施例中，如图5所示，步骤S222具体包括：
步骤S2222：获取LLC直流变压器的漏感作为谐振电感的电感值。
步骤S2224：根据谐振电感和开关管的寄生电容计算谐振周期是否满足预设条件。
步骤S2226：若谐振周期不满足预设条件，则调整谐振电感的电感值。
具体地，图6为一个实施例中LLC直流变压器的直流增益曲线的示意图，如图6所示，在谐振频率点，LLC直流变压器处于正向运行时，随着电感比k值的增大，可以使电压输出更为稳定，使得电路寄生参数对于实际谐振电路谐振频率的影响，不会放大到电压的变化上；LLC直流变压器处于反向运行时，随着品质因数Q值的减小，也可以使电压输出更为稳定。而上述k值增大或Q值减小，都表示谐振电感减小，当谐振电感为LLC直流变压器的漏感时，谐振电感最小。
因此将LLC直流变压器的漏感作为谐振电感的电感值，从而计算寄生电容的谐振周期是否满足预设条件，如满足预设条件，则谐振电感的电感值取值即为LLC直流变压器的漏感，若谐振周期不满足预设条件，则增大谐振电感重新进行计算，直至计算得到的谐振周期满足预设条件，从而确定谐振电感的取值，可以实现满足设计目标，又能够抑制寄生电容引发的谐振电流振荡。
进一步地，上述预设条件为根据漏感与开关管的寄生电容进行计算得到谐振周期Tc，比较死区时间Td内的谐振周期是否足够大，即是否满足Tc>n*Td，其中，n可以根据实际情况确定，在一个优选的实施例中，n>2。
图7为一个实施例中LLC直流变压器的仿真波形示意图，为根据本发明一实施例中的计算方法所得到的LLC直流变压器的仿真波形图。如图7所示，LLC直流变压器中谐振电流的波动较小，本发明的LLC直流变压器参数的计算方法得到的变压器参数可以有效抑制寄生电容对于谐振电流的影响。
图8为一个实施例中LLC直流变压器参数的计算装置的结构示意图，在一个实施例中，如图8所示，一种LLC直流变压器参数的计算装置500，LLC直流变压器包括励磁电感与开关管，LLC直流变压器参数的计算装置500包括：获取模块512，用于获取LLC直流变压器的目标效率以及开关管的功率损耗；第一计算模块514，用于根据目标效率和开关管的功率损耗计算励磁电感的第一电感值；第二计算模块516，用于根据软开关实现条件计算励磁电感的第二电感值；判断模块518，用于判断第一电感值是否小于第二电感值；范围确定模块520，用于在第一电感值小于第二电感值的情况下，基于第一电感值和第二电感值确定励磁电感的电感值范围。
具体地，获取模块512根据LLC直流变压器的应用场合以及规格要求等确定LLC直流变压器的目标效率以及所选用的开关管，并获取开关管的功率损耗，将目标效率以及开关管的功率损耗发送给第一计算模块514。第一计算模块514根据所接收的目标效率和开关管的功率损耗计算励磁电感的第一电感值，并将第一电感值发送给判断模块518，该第一电感值为励磁电感的电感值下限。第二计算模块516根据LLC直流变压器电路的软开关实现条件计算励磁电感的第二电感值，并将第二电感值发送给判断模块518，该第二电感值为励磁电感的电感值上限。
判断模块518比较所接收的第一电感值以及第二电感值，若判断第一电感值小于第二电感值，说明所选择的开关管符合设计目标，则将第一电感值以及第二电感值发送给范围确定模块520。范围确定模块520确定励磁电感的电感值取值范围为第一电感值至第二电感值之间，并且范围确定模块还可以在此范围内选取比较接近第一电感值的励磁电感值，计算实际效率是否满足目标，若不满足，则可以调整励磁电感感值重新计算，直至得到的效率满足目标效率，以确定励磁电感的电感值。
进一步地，判断模块518若判断第一电感值大于或等于第二电感值，说明所选择的开关管不符合设计目标，则可以变更开关管，获取模块512重新获取更新的开关管参数，第一计算模块514基于变更的开关管的功率损耗重新计算励磁电感的更新第一电感值，并发送给判断模块518进行判断，若判断更新第一电感值是小于第二电感值，则发送给范围确定模块520确定励磁电感的电感值取值范围，若判断更新第一电感值依旧大于或等于第二电感值，则继续变更开关管，重复上述步骤，直至得到得到的更新第一电感值小于第二电感值。
上述LLC直流变压器参数的计算装置，通过目标效率和开关管的功率损耗确定励磁电感的下限值，通过软开关实现条件确定励磁电感的上限值，计算过程比较简单，缩小了参数的取值范围，提高了效率，且能够检验开关管的选择是否合适。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行如下步骤：获取LLC直流变压器的目标效率以及开关管的功率损耗；根据目标效率和开关管的功率损耗计算励磁电感的第一电感值；根据软开关实现条件计算励磁电感的第二电感值；判断第一电感值是否小于第二电感值；在第一电感值小于第二电感值的情况下，基于第一电感值和第二电感值确定励磁电感的电感值范围。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可使得处理器执行如下步骤：获取LLC直流变压器的目标效率以及开关管的功率损耗；根据目标效率和开关管的功率损耗计算励磁电感的第一电感值；根据软开关实现条件计算励磁电感的第二电感值；判断第一电感值是否小于第二电感值；在第一电感值小于第二电感值的情况下，基于第一电感值和第二电感值确定励磁电感的电感值范围。
上述对于计算机可读存存储介质及计算机设备的限定可以参见上文中对于方法的具体限定，在此不再赘述。
需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一计算机可读取存储介质中；上述的程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，上述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，简称ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，简称RAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种LLC直流变压器参数的计算方法，所述LLC直流变压器包括励磁电感与开关管，其特征在于，所述方法包括：
获取所述LLC直流变压器的目标效率以及所述开关管的功率损耗；
根据所述目标效率和所述开关管的功率损耗计算所述励磁电感的第一电感值；
根据软开关实现条件计算所述励磁电感的第二电感值；
判断所述第一电感值是否小于所述第二电感值；
在所述第一电感值小于所述第二电感值的情况下，基于所述第一电感值和所述第二电感值确定所述励磁电感的电感值范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述第一电感值大于或等于所述第二电感值的情况下，变更所述开关管；
基于变更的开关管的功率损耗，根据所述目标效率计算励磁电感的更新第一电感值；
判断所述更新第一电感值是否小于所述第二电感值；
在所述更新第一电感值小于所述第二电感值的情况下，基于所述更新第一电感值和所述第二电感值确定所述励磁电感的电感值范围。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
获取所述LLC直流变压器的目标功率密度；
根据所述目标功率密度确定所述LLC直流变压器的工作频率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述LLC直流变压器包括谐振电感，所述方法还包括：
根据所述LLC直流变压器的漏感和所述开关管的寄生电容确定谐振电感的电感值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述LLC直流变压器包括谐振电容，所述方法还包括：
根据所述工作频率和所述谐振电感的电感值确定所述谐振电容的电容值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述LLC直流变压器的漏感和所述开关管的寄生电容确定谐振电感的电感值包括：
获取所述LLC直流变压器的漏感作为所述谐振电感的电感值；
根据所述谐振电感和所述开关管的寄生电容计算谐振周期是否满足预设条件；
若所述谐振周期不满足预设条件，则调整谐振电感的电感值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设条件包括所述谐振周期大于n倍的死区时间；其中，n大于2。
8.一种LLC直流变压器参数的计算装置，所述LLC直流变压器包括励磁电感与开关管，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述LLC直流变压器的目标效率以及所述开关管的功率损耗；
第一计算模块，用于根据所述目标效率和所述开关管的功率损耗计算所述励磁电感的第一电感值；
第二计算模块，用于根据软开关实现条件计算所述励磁电感的第二电感值；
判断模块，用于判断所述第一电感值是否小于所述第二电感值；
范围确定模块，用于在所述第一电感值小于所述第二电感值的情况下，基于所述第一电感值和所述第二电感值确定所述励磁电感的电感值范围。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至7中任意一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任意一项所述方法的步骤。
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