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本节是说明设计参数对调压和效率性能的影响,便于此类参数的设计和选择。我们的最终设计目标是在满足所有线路和负载条件下的增益要求的同时实现最佳性能。为了安全运行,我们必须确定控制器应限制的最小开关频率,以保持在感性区域中的运行。
以下是所有设计步骤的详细说明;图1总结设计方法的设计流程图。
图1
步骤1:选择Qmax值
品质因素
Q取决于负载电流,重载工况在高Q值下运行,而较轻的负载具有较低的Q值。为最大负载点相关联的Qmax设置一个值非常重要。为了说明Q值对电压调节的影响,图2显示了不同Q值的电压增益曲线。我们假设谐振槽增益需要在0.8到1.2的范围内,我们可以看到,低Q值曲线(Q=0.3)可以达到更高的升压增益,但是在fs>fr区域中,曲线非常平缓,对频率调制不太敏感,因此,为了达到最小电压增益(K=0.8),开关频率必须增加很多,导致额外的开关损耗,而较高的Q值曲线(Q=1)可以在开关频率增加较少的情况下达到最小增益(K=0.8),但无法达到最大增益(K=1.2)。因此,在这种特定情况下,大约0.5的Q值似乎满足电压增益的要求。
我们的结论是,调整Q值可以帮助实现最大增益,但会增加频率调制范围,因此,我们不应该依赖于调整Qmax值作为设计迭代来达到期望的最大电压增益,而是应该依赖于调整m值,这将在下一步中解释。
虽然没有选择最佳Q值的直接方法,但我们应该如前所述并基于具体设计适度选择Qmax。
图2
步骤2:选择m值
如上所述:,m是一个静态参数,我们必须通过优化它来开始设计。
因此了解m值对变换器的影响非常重要。为了说明m值的影响,图3显示了不同的m值,m=3、6和12时谐振槽增益图。较低的m值可以实现较高的升压增益并且拥有较窄的频率调制范围,这意味着更灵活的控制和调节,在具有宽输入电压范围的应用中是有价值的。然而,对于相同的品质因数Q和谐振频率fr,较小的m值意味着更小的励磁电感Lm,因此,更高的磁化峰-峰电流纹波,导致增加的循环能量和传导损耗。
我们必须从为m(6-10)选择一个合理的初始值开始,然后通过很少的迭代优化它,以获得在所有负载条件下仍然可以达到最大增益要求的最大m值。
图3
步骤3:求最小归一化开关频率
在选择Qmax的值和m的初始值后,我们需要找到保证Qmax(最大负载)条件下在感性区间运行的最小归一化开关频率,该最小频率也将保证所有其他负载工作于感性区间。
最小归一化开关频率出现在Qmax曲线的峰值增益处,因此可以通过求解如下方程(假设Qmax=0.4和m=6作为示例)找到,或者可以在增益图中直观地发现,如图4所示。
图4
步骤4:电压增益验证
该步骤是验证所选m值在最大负载期间达到的最大增益Kmax是否足够。这可以通过求解如下方程来完成,或者可以在增益图中直观地发现,如图5所示。
图5
为了达到优化设计,只需要很少的迭代,如图1中的设计流程图所示。如果Kmax不够,那么我们必须减小m值并重复步骤3和4,以便获得更高的升压增益。另一方面,如果Kmax高于所需;在这种情况下,我们可以增加m值并重复步骤3和4,以获得更好的效率。
步骤5:计算谐振器件的取值
在设计流程的几次迭代并达到最佳m值后,我们可以继续计算谐振腔中各个元器件的取值,如下方程可以求解以得到Lr、Cr和Lm。
必须注意的是,在上述设计步骤中没有考虑谐振频率fr的选择,因为它对谐振转换器的最大增益和运行区域没有影响,然而,它是考虑转换器功率密度和功率损耗来选择的。
注:以上资料转自Infineon官网