单相并联谐振变换器输出LC滤波器参数优化.pdfVIP

第26卷第6期 强 激 光 与 粒 子 束 V01．26，NO．6 2014年6月 HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS Jun．，2014 单相并联谐振变换器输出LC滤波器参数优化。 孙 鹏， 李相强， 刘庆想， 张政权， 李 伟 (西南交通大学物理科学与技术学院，成都610031) 摘要： 采用在静止直角坐标系中构造虚拟正交电路的方法，推导了单相并联谐振变换器在直接正交 (D—Q)旋转坐标系中的等效电路，求解了该等效电路的传递函数；通过仿真验证所推导的D—Q等效电路能够准 确地代表原变换器电路。基于阻抗匹配的原则，通过DQ等效电路的传递函数对单相并联谐振变换器的输出 LC滤波器参数进行了优化，达到了输出脉冲电压上升沿时间小于50”s、过冲小于8％、调节时间小于100”s 和纹波小于5％的预期指标，验证了采用该方法来优化并联谐振变换器输出LC滤波器参数的可行性。 关键词：直接正交变换；并联谐振；滤波器；参数优化 中图分类号：TM910 文献标志码：A doi：10．11884／HPLPB201426．063027 谐振类变换器在电子镇流、电感加热和开关电源等领域中应用广泛[1。2]。由于谐振回路的存在，这类变换 器能够在较大范围内实现开关网络的零电压开关或零电流开关，所以开关损耗比较小，这意味着谐振变换器可 以工作在较高的工作频率，能够有效减小电路中储能元件的值，所以这类变换器具有低储能的特点口]。并联谐 振变换器作为谐振变换器中重要的一种，由于其谐振回路具有高增益的特点，尤其适合于输出电压较高、输出 电流不太大的场合口。4]。高性能的变换器依赖于优秀的控制策略和控制电路，而设计控制电路首先面临的就是 变换器电路的建模问题[5]。在建模方法上，由于谐振类变换器中存在许多高频状态变量，因此，广泛应用在脉 冲宽度调制(PWM)类变换器中的状态空间平均法不再适用。傅里叶级数分析法口3是通过叠加原理来得到系 统的响应，但是只能用于分析谐振变换器的稳态工作点。扩展描述函数法也是一种可以有效适用于谐振类变 换器的建模方法，但是通过扩展得到的状态方程阶数比较高，不仅需要大量的数学计算，而且无形中增加了仿 真的难度。文献[3]提出的直接正交(DQ)坐标变换法也是一种可以适用于任何谐振类电路中的建模方法，但 是跟扩展描述函数法相比，它不需要大量的计算，而且得到的电路模型也便于仿真。它是将电路中的矢量，从 静止直角坐标系变换到与电路中矢量相同角速度旋转的DQ坐标系中，这样得到的等效电路中全部为直流 量，不仅可以方便地进行输出电压电流控制，而且所推导的DQ等效电路能够准确地代表原变换器电路。文 献[4]给出了三相并联谐振变换器谐振参数的计算方法；文献[5]给出了单相串并联谐振变换器DQ等效电路 模型的推导过程。本文采用D—Q坐标变换的方法对单相并联谐振变换器输出滤波器的建模展开研究．探索了 利用D—Q等效变换来优化单相并联谐振变换器输出LC滤波器参数的方法。 1 直接正交等效电路 1．1 等效电路的推导 单相并联谐振变换器采用单相直流输入电压：基于“串联 谐振负载并联”[63的拓扑结构。当不考虑高频变压器时，其电 路结构如图1所示，其中L，为谐振电感；C，为谐振电容；L， 为滤波电感；C，为滤波电容；R为负载电阻。 converterschematic Fig．1Single-phaseparallel 在谐振回路品质因数Q较高时，可以只考虑电路中的基 图1单相并联谐振变换器 波分量口]，则变换器电路可以等效为图2(a)中A相电路。 V。。为输入电压源V。。的基波分量；V。。为谐振电容电压的基波分量；i。。为整流桥前等效电流源，其中 IDccos(∞。P) (1) VsA=Vsc。sⅢ￡，V。A=V。cOs(∞。9)，i。A=7【4 式中：V。为谐振回路输入电压基波峰值；V。为谐振电