【双闭环控制】移相全桥变换器双闭环控制
摘要
本文研究了一种基于双闭环控制的移相全桥变换器的设计与实现。通过电流内环和电压外环的双闭环控制结构，实现了系统的快速动态响应和稳态性能优化。
仿真实验结果表明，该控制策略能够有效提高变换器的稳态精度和抗干扰能力，适用于复杂负载和动态变化场景。
理论
1. 1. 移相全桥变换器原理
移相全桥变换器是一种高效的直流-直流功率变换器，广泛应用于中大功率场景。其基本原理是通过控制两桥臂之间的相位差来调节输出电压和功率。
基本组成：
高频变压器：实现电气隔离和电压变换。
桥臂开关：实现电流方向的高频切换。
整流电路：将交流信号整流为直流信号。
滤波器：滤除高频谐波，保证直流输出的平滑性。
2. 双闭环控制
双闭环控制包括电流内环和电压外环：
电流内环：通过检测和调节变换器的输出电流，控制功率流动，提高动态性能。
电压外环：调节输出电压，确保输出电压稳定，减少负载变化对系统的影响。
3. 控制器设计
电压外环采用PI控制器，通过调整内环的参考电流值实现电压控制。
电流内环也采用PI控制器，确保变换器输出电流快速跟踪参考值。
数学描述：
电压外环控制器：
电流内环控制器：
实验结果
通过MATLAB/Simulink仿真，获得以下实验结果：
1.. 动态响应
在负载阶跃变化时，输出电压能够快速恢复到参考值，动态响应时间小于2 ms。
2. 稳态性能
输出电压纹波小于2%，表明系统具有较高的稳态精度。
3. 抗干扰能力
在输入电压波动±10%范围内，输出电压变化小于±0.5%。
仿真模型如下图所示，展示了移相全桥变换器及其控制逻辑模块。
部分代码
% 参数初始化
L = 1e-3; % 电感值 (H)
C = 1e-3; % 电容值 (F)
Vin = 400; % 输入电压 (V)
Vout_ref = 48; % 输出参考电压 (V)
fs = 100e3; % 开关频率 (Hz)
Ts = 1/fs; % 采样时间 (s)
% PI控制器参数
Kp1 = 0.1; % 电压外环比例增益
Ki1 = 10; % 电压外环积分增益
Kp2 = 0.5; % 电流内环比例增益
Ki2 = 20; % 电流内环积分增益
% 仿真时间
sim_time = 0.05; % 仿真时长 (s)
% 定义输出变量
Vout = zeros(1, sim_time/Ts);
Iout = zeros(1, sim_time/Ts);
% 主循环
for k = 2:length(Vout)
% 电压外环控制器
I_ref = Kp1 * (Vout_ref - Vout(k-1)) + Ki1 * sum(Vout_ref - Vout(1:k-1));
% 电流内环控制器
duty_cycle = Kp2 * (I_ref - Iout(k-1)) + Ki2 * sum(I_ref - Iout(1:k-1));
% 更新电路模型（示意）
Iout(k) = Iout(k-1) + (Vin/L) * (duty_cycle - Vout(k-1)/C) * Ts;
Vout(k) = Vout(k-1) + (1/C) * Iout(k) * Ts;
end
% 绘制结果
figure;
subplot(2,1,1);
plot((1:length(Vout))*Ts, Vout);
xlabel('时间 (s)');
ylabel('输出电压 (V)');
title('输出电压波形');
grid on;
subplot(2,1,2);
plot((1:length(Iout))*Ts, Iout);
xlabel('时间 (s)');
ylabel('输出电流 (A)');
title('输出电流波形');
grid on;
AI写代码参考文献
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Erickson, R. W., & Maksimovic, D. (2001). Fundamentals of Power Electronics. Springer.
Mohan, N., Undeland, T. M., & Robbins, W. P. (2002). Power Electronics: Converters, Applications, and Design. Wiley.
MATLAB Documentation: Simulink Models for Power Electronics Systems.
Lee, F. C., & Hua, G. (1996). Soft-Switching Techniques for High-Frequency Converters. IEEE Transactions on Power Electronics.
（文章内容仅供参考，具体效果以图片为准）