大功率直流变换器宽功率范围运行动态效率优化方法

专利检索2024-12-26  35


本发明属于大功率电力电子装备制造与研发领域,具体涉及一种大功率直流变换器宽功率范围运行动态效率优化方法。


背景技术:

1、大功率llc型dc-dc变换器动态效率特性是指变换器在运行过程中会工作在额定功率的任意百分比功率下,在任意功率点下存在效率最高点。未进行优化的大功率llc型dc-dc变换器效率最高点出现在额定功率的小百分比功率点下,且全功率范围内效率波动较大,满功率运行时的效率较低等特点。

2、其效率出现最高点且存在波动的原因是谐振电感、高频变压器等磁性元件对应的磁滞损耗在不同功率下为非线性状态。该两种磁性元件的磁滞损耗在全功率范围内存在最低点,从而影响了大功率llc型dc-dc变换器效率最高点出现的位置。


技术实现思路

1、针对大功率llc型dc-dc变换器在全功率运行范围内最高效率出现在小功率点,全功率范围内效率变化量大,满功率运行时效率低的问题,本发明提出一种大功率直流变换器宽功率范围运行动态效率优化方法,其改善llc型dc-dc变换器在任意功率下的能量转换效率,使最大效率出现在大功率运行点,使全功率范围内的效率波动量小。

2、为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:

3、一种大功率直流变换器宽功率范围运行动态效率优化方法,包括:首先分别计算dc-dc变换器各部件损耗;损耗主要包括逆变环节、谐振电容、高频变压器、整流环节等,逆变环节包含开通损耗、导通损耗和关断损耗,谐振电容损耗中包括绕组损耗、磁滞损耗以及涡流损耗,高频变压器损耗中同样包括绕组损耗、磁滞损耗和涡流损耗,整流环节中包括开通损耗、导通损耗和关断损耗。

4、进一步地,将各部件的各部分损耗分别除以当前输入功率值pin,得到各部件各部分损耗占比。

5、进一步地,计算出每个功率点下各部件各部分损耗占比,形成各部件各部分动态损耗占比曲线的同时形成总动态效率曲线。

6、进一步地,建立一个占比ηanycomponents,等于谐振电感绕组损耗、高频变压器原边绕组损耗和高频变压器副边绕组损耗之和与高频变压器磁滞损耗之比。

7、进一步地,减小该比例值,使最大效率点出现在额定功率的50%以上。

8、本发明利用大功率llc型dc-dc变换器损耗建模,得出了其在全功率范围内运行的动态效率曲线,通过调整占比ηanycomponents,将大功率llc型dc-dc变换器的最优效率运行功率调整至5%—100%额定功率的任意值。

9、本发明至少具有以下有益效果:

10、本发明将llc变换器的各部分损耗逐一进行计算以及占比分析,目的是通过改变某部分损耗占比对总效率最高点出现的位置进行改变。本发明不仅可以将最大效率点移至50%额定功率运行点以上,还可以使整体效率提升,效率在全功率范围内波动量减小,即提升整体平均效率的同时抑制了效率满功率运行时的下降比例。



技术特征:

1.大功率直流变换器宽功率范围运行动态效率优化方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的大功率直流变换器宽功率范围运行动态效率优化方法,其特征在于,所述步骤1包括:

3.根据权利要求1所述的大功率直流变换器宽功率范围运行动态效率优化方法,其特征在于,所述步骤1包括:计算谐振电感的绕组损耗、谐振电感的磁滞损耗、谐振电感的涡流损耗和谐振电感的总损耗,计算公式依次如下:

4.根据权利要求1所述的大功率直流变换器宽功率范围运行动态效率优化方法,其特征在于,所述步骤1包括:计算高频变压器的绕组损耗、高频变压器的磁滞损耗、高频变压器的涡流损耗和高频变压器的总损耗,计算公式依次如下:

5.根据权利要求1所述的大功率直流变换器宽功率范围运行动态效率优化方法,其特征在于,所述步骤1包括:计算整流环节的导通损耗、整流环节的反向恢复损耗、整流环节的总损耗,计算公式如下:

6.根据权利要求1-5之一所述的大功率直流变换器宽功率范围运行动态效率优化方法,其特征在于,所述步骤2中,各部分的总损耗在全功率范围内的占比ηanycomponents的计算公式如下:

7.根据权利要求6所述的大功率直流变换器宽功率范围运行动态效率优化方法,其特征在于,通过调整步骤2中的各部分的总损耗在全功率范围内的占比ηanycomponents后,对各部分的总损耗进行提升或减小,从而调整各部分的总损耗的占比。


技术总结
本发明公开了一种大功率直流变换器宽功率范围运行动态效率优化方法,属于大功率电力电子装备研发技术领域。所述动态效率优化设计方法针对大功率LLC型DC‑DC变换器运行在额定功率5%~100%区间内的整体效率进行提升。通过研究大功率LLC型DC‑DC变换器不同元件损耗机理,计算各元件在电路中损耗占比,在此基础上,通过降低相关元件损耗参数并调整不同元件的损耗占比,使变换器最佳效率对应的功率点出现在50%额定功率以上。基于以上方法可有效提升大功率LLC型DC‑DC变换器在实际运行过程中的整体效率和能量利用率,提高大功率直流变换器对实际应用场景的适应性。

技术研发人员:卢俊龙,唐格斯,张玉波,孟祥飞,王环,王一波
受保护的技术使用者:中国科学院电工研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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