(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111510399.4 (22)申请日 2021.12.10 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 翟丽　杨霜洁　王淑靓　张硕　 王志福　高洪民　 (74)专利代理 机构 北京市诚辉律师事务所 11430 代理人 岳东升　杨帅峰 (51)Int.Cl. H02M 1/14(2006.01) H02M 1/44(2007.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01)G06F 111/04(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种高压直 流电源滤波器优化设计方法 (57)摘要 本发明提供了一种高压直流电源滤波器优 化设计方法， 其针对包括滤波器产品体积、 质量、 成本的多方面综合优化目标， 设定了关于插损、 温升、 磁通密度的多项设计约束条件， 同时在设 计中既考虑了源阻抗又通过遗传算法实现了滤 波器各级拓扑结构的自动选择， 从而克服了现有 滤波器设计方法存在的诸多缺陷， 具有在提高滤 波器设计性能的基础上充分降低成本以及缩小 体积的有益效果。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 114421746 A 2022.04.29 CN 114421746 A 1.一种高压直 流电源滤波器优化设计方法， 其特 征在于： 具体包括以下步骤： 步骤1、 初步确定待设计滤波器各级由电路元件构成的基本拓扑单元， 以及待设计滤波 器的总级数； 步骤2、 计算并确定待设计滤波器的最低插损、 最大温升、 最大磁通密度限制作为设计 约束； 步骤3、 设定滤波器设计的优化目标， 即达到待设计滤波器的体积、 质量与成本这三个 指标加权和为 最优； 步骤4、 以电压、 电流、 环境温度、 源阻抗和磁环电容阻抗参数作为遗传算法的输入参 数， 基于由步骤2所确定的各项设计约束， 利用遗传算法求解步骤3所确定的优化 目标最优 问题， 计算得到各级最优的拓扑 单元结构以及对应的电路元件具体指标。 2.如权利要求1所述的方法， 其特 征在于： 步骤2中计算并确定各项设计约束具体包括： 1)最低插损约束： 待设计滤波器的T参数矩阵计算如下： 式中， A1、 B1、 C1、 D1为滤波器二端口网络的T参数； 下标中n表示滤波器级数， L和C分别表 示各级电感和电容； 滤波器的插 入损耗IL表示如下： 式中， ZS为系统的噪声源阻抗， ZL为系统的负载阻抗； 为满足滤波器的目标插入损耗的要求， 滤波器共模插损和差模插损均应不小于目标插 损， 由此确定最低插损约束表示 为： 式中， ILCM和ILDM分别为共模插损和差模插损， ILCMX和ILDMX分别为共模目标插损和差模 目标插损； 2)最大温升约束： 利用滤波器的热损耗Ploss表征温升， 包括共模磁环的损耗Pring和铜排的损耗Pcopper两部 分， 即： Ploss＝Pring+Pcopper 其中， 共模磁环的损耗Pring使用以下公式计算： Pring＝KfNBM 式中， B为磁感应强度， K、 N和M为与磁环材料相 关的系数， 根据磁环材料数据表中温升 曲线计算得到， f为频率； 铜排的损耗Pcopper可以根据以下公式计算： Pcopper＝I2Rcopper 式中I为铜条上流过的工作电流， Rcopper为铜排的电阻， 通过直接测量或者以下公式计权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114421746 A 2算得到： 式中， ρ 为铜条的电阻率， lcopper为铜条的长度， S为铜条的截面积； 磁环和铜排的温升Trise‑ring和Trise‑copper通过以下公式计算： Trise‑ring＝Mring×Pring×Rth‑ring Trise‑copper＝Pcopper×Rth‑copper 式中， Mring为磁环质量， Rth‑ring和Rth‑copper分别为磁环和铜排热阻； 为上述两部分温升之和设定相应阈值， 同时考虑温升对滤波器电容性 能的影响确定允 许的最大温升 △T， 共同决定所述 最大温升约束trise； 3)最大磁通密度约束： 由共模电流和差模电流引起的磁通密度BCM和BDM可以由以下公式计算： 式中， ICM和IDM分别为磁环的共模电流和差模电流， LCM和LDM分别为磁环的共模电感和差 模电感， F为磁环截面积； 对于共 模磁环， 共 模电感为磁环的自感， 差模电感为磁环的漏感； 磁芯的总磁通密度Btotal根据以下公式计算： 为使磁环在共模电流和差模电流下不发生饱和， 需要满足以下公式所示的最大磁通密 度约束： Btotal≤BS 其中， BS为磁材的饱和磁通密度。 3.如权利要求1所述的方法， 其特征在于： 步骤3中所述优化目标具体为求解以下min (J)的问题： J＝q1Vfilter+q2Mfilter+q3Pfilter 式中， q1， q2， q3为体积、 质量和成本的权 重因子， 取值范围为(0， 1)， 根据实际需求选择； 定义Vfilter， Mfilter， Pfilter分别为待设计滤波器的体积、 质量和成本， 用以下公式表示： 式中， i、 j、 k分别为磁环、 X电容和Y电容的数量， MCX‑n和MCY‑n分别为X电容和Y电容的质 量， Vring‑n为磁环体积， VCX‑n和VCY‑n分别为X电容和Y电容的体积， PCX‑n和PCY‑n分别为X电容和Y 电容的成本， ρring‑n、 pring‑n分别为磁环的密度和单位体积成本 。 4.如权利要求2所述的方法， 其特征在于： 步骤4中利用遗传算法求解优化目标最优问权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114421746 A 3