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02 LCC谐振变换器―变压器匝比计算解析

感谢各位朋友的支持,这是小编的第70篇原创贴。如果您恰好也对LCC谐振变换器感兴趣,希望对你有帮助,也欢迎一起交流讨论。
紧接上节内容“”,本节讨论变压器匝比的计算方法。

下面进入正题……


这里首先给出LCC谐振变换器拓扑如图1所示。还是依据上节参考文献给出的参数,利用PSIM进行模型验证,根据波形更容易进行理论分析,仿真出各节点的关键工作波形如图2所示。

图1  LCC谐振变换器

图2  仿真波形

为了让大家更清楚地知道每个变量表达的意思,这里将把模型主电路图给出,如图3所示。


图3  LCC模型

本节主要讨论变压器匝比的计算方法,参考文献中匝比n定义为次边匝数比原边匝数,这里和我们惯性思维定义的不一样,文献中遵循的是高压侧比低压侧。

定义:电流滞后电压ψ,副边整流二极管导通角θ。


在上一节中,讨论了原边谐振电感电流峰值的计算方法。这里在讨论变压器匝比计算的时候需要沿用上次的电流表达式的计算方法。


通过仿真波形(图2)可以看出电感电流是正弦波,由于电容Cp的存在,部分电流由Cp流通,所以流经变压器原边绕组的电流就不是正弦波。根据图2输出电流与变压器二次侧电流的波形,通过积分运算,可以得到输出电流与副边电流峰值的关系。


式中:c[1]表示为副边电流表达式,I[se_peak]表示为副边电流峰值,c[2]表示为输出电流。

这里可以将上述结果转换为

根据变压器变比关系可以得到原边电流峰值表达式

接下来考虑变压器一次侧,电压超前电流ψ,从输入侧向输出侧看,负载呈感性。采用傅里叶级数将方波进行分解,采用基波近似法(FHA)进行分析。

原边方波的基波电压有效值、电流有效值分别为

这里先不考虑变换器的效率,假设输入有功功率等于输出有功功率,即

将上式代入化简可得变比n为


总结:本节主要应用了积分运算,傅里叶级数,三角函数相互转换等数学内容;以及物理中的功率守恒。由此可见复杂的变换器原理分析,使用的依然是中学或是是大学所学的最基础的知识,重点就在于知识的灵活应用。


最后补充上节关于“计算”的第3种方法(也是文献中所给出结果)的由来

根据功率守恒定律列写功率守恒方程,即:


整理后可得电感峰值电流的第3种计算方法


参考文献

高压大功率场合 LCC 谐振变换器的分析与设计


本文稿属于个人学习总结归纳,由于水平有限,如有错误还请读者朋友谅解。