本发明属于电力电子器件，更为具体地讲，涉及一种三相谐振开关电容变换器效率优化方法。
背景技术：
1、随着近几年云计算、人工智能的广泛应用，数据中心负载功率显著提升，48v机架损耗很大。此外，由于负载点工作电压通常不超过1v，由48v/12v的一级电力电子变换器和12v/负载点电压(vpol)级联的两级降压结构受到了广泛关注。由于配网系统整体降压结构的降压效率是一级变换器的降压效率和二级变换器的降压效率之积，为降低电力传输损耗，对于一级48v/12v变换器的转换效率提出了比较高的要求，对二级变换器提出了控制速度快，控制精度高的要求。
2、应用较为广泛的谐振型开关电容变换器将软开关技术应用于传统的开关电容变换器，大大提高了转换效率。例如，llc变换器、带集成电感的dickson变换器、多电平开关谐振电容变换器都可以应用于数据中心降压场景。然而，这些变换器由于磁性元件(电感、变压器)、开关元件(mosfet、二极管)数目较多，转换效率受拓扑结构限制难以提升。
3、非隔离型三相谐振开关电容变换器通过两个转换比为2：1的变换器级联而成，只采用一个很小的集成电感，七个开关管和两个谐振电容就可以实现48v/12v固定转换比的降压功能，实现了软开关特性，具有拓扑结构和控制策略简单的优势，在数据中心的降压结构中应用范围很广。然而对于三相谐振开关电容变换器而言，考虑到不同工作模态下的电路等效内阻不同，如果不能对三相的电流幅值进行合理调控，则很容易产生较高的电路损耗。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三相谐振开关电容变换器效率优化方法，在一定开关频率下通过调节充电相和放电相的占空比来调节谐振电流幅值，进而调节三相谐振开关电容变换器的损耗。
2、为实现上述发明目的，本发明一种三相谐振开关电容变换器效率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、(1)、根据三相谐振开关电容变换器的拓扑结构，标记开关管s1-s7，谐振电容c1、c2，谐振电感lr，输入电容cin，输出电容cout和负载rl；
4、(2)、通过采样模块获取三相谐振开关电容变换器的输入电压vin、负载电流iout；
5、根据上述采集的电压、电流、计算三相谐振开关电容变换器输出功率pout：
6、
7、(3)、计算三相谐振开关电容变换器的谐振电感电流ilr1、ilr2、ilr3；
8、(3.1)、计算三相谐振开关电容变换器的谐振电感电流ilr1和ilr2：
9、
10、其中，a和b分别为ilr1和ilr2的电流幅值；
11、(3.2)、计算三相谐振开关电容变换器放电相的谐振电感电流ilr3：
12、
13、其中，d为ilr3的电流幅值；
14、(4)、计算谐振频率fr；
15、(4.1)、计算第一充电相、第二充电相和放电相的谐振时间tφ1、tφ2、tφ3：
16、
17、(4.2)、计算谐振周期t：
18、t＝tφ1+tφ2+tφ3
19、(4.3)、计算谐振频率fr：
20、fr＝1/t
21、(5)、计算拓扑损耗ploss；
22、(5.1)、计算开关损耗ps：
23、
24、
25、pgate＝vgsq·fr
26、ps＝pcond+pgate+pcoss
27、其中，pcond为连接损耗，ron1，ron2，ron3分别为三相谐振开关电容变换器第一充电相、第二充电相和放电相的等效电阻，pcoss为电容损耗，vds为开关管的漏源极电压，coss为开关管漏源极的寄生电容，pgate为驱动损耗，vgs为开关管的门级和源极之间的电压，qg为门级电荷；
28、(5.2)、计算谐振电感损耗pl：
29、
30、η＝2lrilr_peak/nlae
31、其中，dcrl为电感直流电阻，ks、βs、αs为斯坦梅茨系数，vcore为磁芯体积，nl为线圈匝数，ae为有效通磁面积，ilr_peak为谐振电感lr的电流峰值；
32、(5.3)、计算电容损耗pc：
33、
34、pc_in＝esrc_in(iout-iave1)2
35、pc_out＝esrc_out((iout-iave1)2+(iout-iave2)2+(iout-iave3)2)
36、pc＝pc1+pc2+pc_in+pc_out
37、其中，pc1、pc2、pc_in和pc_out分别为c1、c2、cin和cout的损耗，esrc1，esrc2，esrc_in和esrc_out分别为c1、c2、cin和cout的内阻，iave1，iave2和iave3分别为三相谐振开关电容变换器第一充电相、第二充电相和放电相的谐振电感平均电流；
38、(5.4)、计算三相谐振开关电容变换器的拓扑损耗ploss；
39、ploss＝ps+pl+pc
40、(6)、效率优化方法数学模型
41、(6.1)、定义品质因数q和比例因数r：
42、
43、(6.2)、根据平均输入电流公式和电荷平衡公式计算第一充电相、第二充电相和放电相的谐振电感电流幅值；
44、平均输入电流公式：
45、
46、电荷平衡公式：
47、
48、由此可得：
49、
50、其中，
51、(6.3)、对步骤(3)中的谐振电感电流ilr1、ilr2、ilr3进行积分，得到第一充电相、第二充电相和放电相的平均电流表达式
52、
53、其中，t0～t1为第一充电相、第二充电相的积分区间；t2～t3为放电相的积分区间；
54、然后将步骤(6.2)得到的谐振电感电流幅值代入充电相和放电相的平均电流表达式，得到用r表示的谐振电感平均电流表达式：
55、
56、其中，
57、(6.4)、将(6.3)得到的谐振电感平均电流表达式代入(5)中的拓扑损耗表达式，得到用r和采集模块获取的数据表达的拓扑损耗表达式。
58、(6.5)、选取不同的r值和q值，绘制以r为x轴、q为y轴、三相谐振开关电容变换器的拓扑损耗ploss为z轴的三维图像；
59、当三相谐振开关电容变换器工作在特定的工作频率下、负载电流为定值时，求取使得ploss最小的r和q的解，从而得到三相谐振开关电容变换器的效率最优解。
60、本发明的发明目的是这样实现的：
61、本发明一种三相谐振开关电容变换器效率优化方法，根据三相谐振开关电容变换器的工作频率和负载电流，通过调节比例因数r的大小，可以改变第一、二、三相的占空比，从而在充放电负荷不变的条件下，调节第一、二、三相的谐振电流，进而调节三相谐振开关电容变换器拓扑损耗，因此最终只需获取到三相谐振开关电容变换器拓扑损耗最小时对应的比例因数r和品质因素q，从而得到三相谐振开关电容变换器的效率最优解。
62、同时，本发明一种三相谐振开关电容变换器效率优化方法还具有以下有益效果：
63、(1)、本发明结合三相谐振开关电容变换器的拓扑结构，从能量的角度出发，通过改变充电相和放电相占空比的比值，从而实现对谐振电流幅值的调控进而优化三相谐振开关电容变换器的效率；
64、(2)、本发明针对的48v/12v三相谐振开关电容变换器可以应用于数据中心，三相谐振开关电容变换器的效率提升有助于降低数据中心电力传输损耗，节约能源。
1.一种三相谐振开关电容变换器效率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
