本发明属于电力电子谐振变换器参数设计领域，涉及一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法及系统。
背景技术：
1、为应对气候变化，减少温室气体排放，电动汽车得到了广泛关注，发展势头迅猛。电动汽车充电设备对驾乘体验尤为重要，其需要满足宽电压和功率输出范围，并具备更大的功率传输能力。作为充电设备的核心部分，隔离dc-dc变换器的性能决定了充电设备的性能。llc谐振变换器能够在宽电压输出范围内实现软开关，具有较高的效率和功率密度，是隔离dc-dc变换器的合适选择，得到了大量应用。与传统的单相llc谐振变换器相比，三相llc谐振变换器的输出电流纹波更小，在大功率场景下效率更高。因此在考虑大功率充电时，三相llc谐振变换器更具优势。
2、合理的设计是保证三相llc谐振变换器实现高性能的关键。目前，三相llc谐振变换器基本应用基波分析法（first harmonic approximation，fha）进行设计。但基波分析法在建模过程中采取了近似，在开关频率偏离谐振频率时精度很差。因此，使用基波分析法对宽电压范围应用场景进行设计时，谐振腔无法得到充分利用，效率有待提升。时域模型（time-domain model，tdm）可以解决基波分析法精度差的问题，有助于实现谐振变换器的参数优化设计，但目前尚未被应用到三相llc谐振变换器的宽电压范围参数设计当中。
3、因此目前尚未有一种设计方法能够对宽电压范围下的三相llc谐振变换器进行精准优化，需要一种基于时域分析的设计方法，在对变换器的特性进行精准描述的基础上，通过合理设计实现对变换器效率的优化提升。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的缺点，本发明提供了一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法及系统，该方法可满足宽电压和负载输出范围的应用场景，并提升变换器的全范围工作效率。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术手段：
3、第一方面，本发明提供一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法，包括：
4、确定设计需求与工况分布；
5、基于所述设计需求与工况分布，根据三相llc谐振变换器的时域模型，针对不同的工况分别选择可行的工作模态；
6、根据工作模态选择结果，设计变压器变比，并计算最大增益和最小增益；
7、根据三相llc谐振变换器的时域模型，建立谐振电流有效值和三相llc谐振变换器参数的关系，并基于最大增益和最小增益推导谐振电流有效值全工况最优的三相llc谐振变换器参数设计的约束条件；
8、用寻优方法，在满足所有参数设计约束条件的前提下，求解全工况谐振电流有效值最优的三相llc谐振变换器参数。
9、作为本发明进一步改进，所述确定设计需求与工况分布，包括：
10、针对三相llc谐振变换器，lr为谐振电感，cr为谐振电容，lm为励磁电感，n为变压器变比，fs为开关频率，谐振频率fr，电感比k，特征阻抗zr如下：
11、
12、确定设计工况，明确不同工况下的电压增益和负载特性。
13、作为本发明进一步改进，所述基于所述设计需求与工况分布，根据三相llc谐振变换器的时域模型，针对不同的工况分别选择可行的工作模态，具体包括：
14、21）根据三相llc谐振变换器的zvs条件，确定能够实现zvs的全部工作模态，zvs的实现条件为：
15、
16、其中i*r0为归一化的逆变侧开关开通时的谐振电流，i*r,zvs为归一化的实现zvs的临界谐振电流，coss为逆变侧开关的输出电容，td为死区时间；
17、22）根据三相llc谐振变换器的zcs条件，确定能够实现zcs的全部工作模态，zcs的实现条件为谐振腔副边电流断续；
18、23）在能够同时实现zvs和zcs的工作模态中，针对不同工况分别选取合适的工作模态。
19、作为本发明进一步改进，所述确定能同时实现zvs和zcs的工作模态，包括：
20、在欠谐振区域有四个工作模态，在过谐振区域有两个工作模态；
21、针对每个工况的电压增益和负载特性，分别选择合适的工作模态。过谐振区域适合低电压增益和轻负载的工况，欠谐振区域适合高电压增益的工况。
22、作为本发明进一步改进，所述工作模态选择的标准为：一方面需满足增益和负载输出要求；另一方面需满足最大输出功率p*o,max小于最大可行功率p*max，为简化计算，使用zvs功率边界p*zvs来代替最大可行功率p*max。
23、作为本发明进一步改进，所述根据工作模态选择结果，设计变压器变比，并计算最大增益和最小增益，包括：
24、根据工作模态选择结果，设计变压器变比n，根据过谐振区域和欠谐振区域的边界工作点t1计算变压器变比n如下：
25、
26、计算最大增益和最小增益如下：
27、。
28、作为本发明进一步改进，所述根据三相llc谐振变换器的时域模型，建立谐振电流有效值和三相llc谐振变换器参数的关系，具体包括：
29、41a）根据三相llc谐振变换器的时域模型，建立谐振电流有效值ir,rms和谐振变换器参数的关系：
30、
31、其中，m为电压增益，io为输出电流，fn= fs/ fr为归一化开关频率，由于时域模型无法获得解析解，使用h表示存在的函数关系；
32、41b）对任一确定的工作点p，电压增益m和输出电流io是固定的，根据时域模型，剩余的三个参数之间存在关系为：
33、
34、41c）根据41a）和41b），对任一确定的工作点p，其谐振电流有效值ir,rms,p与k和fn有关：
35、
36、其中hp表示工作点p的谐振电流有效值与参数k和fn的函数关系；
37、41d）绘出fn固定时工作点p的谐振电流有效值和电感比k的趋势图，根据趋势图得出，k与工作点p的zvs裕量（i*r0/i*r,zvs）的关系。
38、作为本发明进一步改进，所述基于最大增益和最小增益推导谐振电流有效值全工况最优的三相llc谐振变换器参数设计的约束条件，具体包括：
39、42a）谐振电流有效值全工况最优的条件为，最大输出功率p*o,max等于zvs功率边界p*zvs的最小值：
40、
41、其中p*diff为zvs功率边界p*zvs最小值与最大输出功率p*o,max之差；
42、42b）满足42a）中条件的参数有无穷多个，需选择最大增益mmax的工作点γ的约束来确定唯一解：
43、
44、其中ks和zrs为参数解，fn,γ为工作点γ的开关频率；
45、42c）结合42a）和42b），当工作点γ的开关频率fn,γ固定时，谐振电流有效值全工况最优的参数解ks和zrs可由fn,γ唯一确定，全工况谐振电流有效值由工作点γ的谐振电流有效值ir,rms,γ来衡量：
46、。
47、作为本发明进一步改进，所述用寻优方法，在满足所有参数设计约束条件的前提下，求解全工况谐振电流有效值最优的三相llc谐振变换器参数，包括
48、51）确定最小增益约束，约束条件为，最大开关频率fs,max处的电压增益在输出电流为io,min时需要小于最小电压增益mmin，对应的约束条件表达式为：
49、
50、52）进行寻优求解，目标为求解ir,rms,γ的最小值，约束为51）中的最小增益约束和给定最小开关频率约束，求解表达式如下：
51、
52、53）根据52）求解得到工作点γ的开关频率fn,γ，参数ks和zrs，通过给定的谐振频率fr，计算谐振电感lr，谐振电容cr和励磁电感lm：
53、。
54、第二方面，本发明提供一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计系统，包括：
55、确定单元，用于确定设计需求与工况分布；
56、选择单元，用于基于所述设计需求与工况分布，根据三相llc谐振变换器的时域模型，针对不同的工况分别选择可行的工作模态；
57、设计单元，用于根据工作模态选择结果，设计变压器变比，并计算最大增益和最小增益；
58、建立单元，用于根据三相llc谐振变换器的时域模型，建立谐振电流有效值和三相llc谐振变换器参数的关系，并基于最大增益和最小增益推导谐振电流有效值全工况最优的三相llc谐振变换器参数设计的约束条件；
59、寻优单元，用于用寻优方法，在满足所有参数设计约束条件的前提下，求解全工况谐振电流有效值最优的三相llc谐振变换器参数。
60、本发明具有如下技术效果：
61、本发明通过时域模型精确分析变换器在不同工况下的行为，并据此设计参数，能够显著提升变换器在全电压和负载输出范围内的工作效率。本方法能够应对宽电压和负载输出的应用场景，满足不同工况下的性能要求，增强了变换器的适用性和灵活性。通过建立谐振电流有效值与参数的关系，并推导出优化设计的约束条件，使得设计过程更加系统化、科学化，降低了设计的复杂性和不确定性。采用时域模型进行分析，相比传统的频域模型，能够更准确地反映变换器的运行特性，从而提高设计的精度和可靠性。通过优化谐振电流有效值，可以降低变换器在运行过程中的损耗和热量产生，同时减少电磁干扰，提升系统的稳定性和可靠性。综上所述，本发明提出的基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法及系统，在提升变换器全范围工作效率、适应宽范围应用、优化设计流程、提升设计精度和增强系统稳定性等方面具有显著优势。
1.一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法，其特征在于，所述确定设计需求与工况分布，包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法，其特征在于，所述基于所述设计需求与工况分布，根据三相llc谐振变换器的时域模型，针对不同的工况分别选择可行的工作模态，具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法，其特征在于，所述确定能同时实现zvs和zcs的工作模态，包括：
5.根据权利要求3所述的一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法，其特征在于，所述工作模态选择的标准为：一方面需满足增益和负载输出要求；另一方面需满足最大输出功率p*o,max小于最大可行功率p*max，为简化计算，使用zvs功率边界p*zvs来代替最大可行功率p*max。
6.根据权利要求1所述的一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法，其特征在于，所述根据工作模态选择结果，设计变压器变比，并计算最大增益和最小增益，包括：
7.根据权利要求1所述的一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法，其特征在于，所述根据三相llc谐振变换器的时域模型，建立谐振电流有效值和三相llc谐振变换器参数的关系，具体包括：
8.根据权利要求1所述的一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法，其特征在于，所述基于最大增益和最小增益推导谐振电流有效值全工况最优的三相llc谐振变换器参数设计的约束条件，具体包括：
9.根据权利要求1所述的一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计方法，其特征在于，所述用寻优方法，在满足所有参数设计约束条件的前提下，求解全工况谐振电流有效值最优的三相llc谐振变换器参数，包括
10.一种基于时域模型的三相llc谐振变换器参数设计系统，其特征在于，包括：
