PI調節器在移相全橋變換電路中的應用

于曉慧+王蔚+張國福

摘 要：為保證移相控制全橋變換電路輸出穩定的電壓，采用經典的雙閉環PI調節器，對輸出濾波電容電壓與電感電流進行控制，并通過對PI參數的設計，實現了電壓的穩定輸出，最終在MATLAB/Simulink中對PI設計結果進行仿真驗證，根據仿真結果及PI調節器伯德圖，證明文章設計的雙閉環PI調節器可保證系統輸出穩定的電壓，為實際工程做參考。

關鍵詞：PI調節；移相全橋變換電路；MATLAB仿真；伯德圖

中圖分類號：TM46 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）03-0126-02

Abstract： In order to ensure the stable output voltage of the phase-shift control full-bridge converter circuit， the output filter capacitor voltage and inductance current are controlled by the classical double-closed loop PI regulator， and the PI parameters are designed and thus the stable output of the voltage is realized. Finally， the PI design results are simulated in MATLAB/Simulink， and according to the simulation results and the PI regulator Bode diagram， it is proved that the double closed loop PI regulator designed in this paper can guarantee the stable output voltage of the system， as can be used as a reference for practical engineering.

Keywords： PI regulation； phase-shifting full-bridge circuit； MATLAB simulation； Bode diagram

1 概述

全橋變換電路由開關器件構成，開關器件在相應的控制方式下工作，現階段開關器件的控制策略繁多，新穎的控制方法過程復雜，建模困難，在實際工作中應用狹窄，而經典的控制策略，結構清晰，過程簡單，可達到相同的控制目的，應用廣，更為實用，本文采用經典雙閉環控制方式實現對全橋變換電路的控制，對實際工程具有指導意義。

2 移相控制全橋變換電路

全橋變換電路拓撲結構及其移相控制過程如圖1所示[1]。

圖1中L2、C0與R組成輸出濾波電路，對C0電壓與L2電流采樣，與給定電壓U0和電流控制電壓U1比較，最后經PI調節器調節為移相控制的調制信號。輸入輸出之間關系為：

其中，A為1，上橋臂開通，下橋臂關斷，為0時相反； i2為電阻R電流，iL2為L2電流，UC0為C0電壓，由式（1）可知通過控制UC0與iL2達到對輸出電壓V0進行控制的目的。

3 雙閉環PI調節器選取

3.1 電流內環PI設計

電流內環閉環傳遞函數為[1，2]：

其中，Kpi為電流內環的比例系數，TIi為系統電流采樣周期，KPWM為PWM的比例系數，Tp為系統時鐘周期，Kn為變壓器變比。

3.2 電壓外環PI設計

電壓外環閉環傳遞函數為[1，2]：

其中，Kpv為電壓外環比例系數，TIV為電壓外環積分系數，TV為電壓外環采樣周期，C為電容。

4 仿真與仿真結果

4.1 仿真模型與參數設置

根據原理圖搭建仿真電路，其中移相控制系統仿真如圖2，PI調節器仿真搭建如圖3。

PI參數整定要考慮系統的調節時間、超調量與穩定性[3，4]。由經驗法，通過不斷地仿真驗證，電流內環P=2.99，I=1600，電壓外環P=0.00025，I=800。

4.2 仿真結果

在MATLAB中繪制伯德圖。

在Au>0內，相頻特性曲線-180°正負穿越差為0，則系統穩定[5]。圖4中，截止頻率對應相角為-180°，系統達到穩定臨界狀態相角裕度為65°，圖5中，截止頻率時對應相角為-180°，系統達到穩定臨界狀態相角裕度為37°，系統的穩定裕度充足，穩定性良好。在給定值U0=100V時，UC0如圖6所示。

V0在0.5s左右穩定在給定值，UC0最大超調量？滓%=35%，上升時間tr=0.04s，雙閉環PI參數設計滿足系統動態指標。

5 結束語

本文在選取的移相控制全橋變換電路傳遞函數的基礎上，設計了雙閉環電流內環與電壓外環的PI調節器，采用MATLAB對雙閉環移相控制全橋變換進行仿真，得到穩定跟隨給定的輸出，驗證PI調節器設計合理，參數選取滿足設計要求，為設計實際電路系統做參考。

參考文獻：

[1]宋志勇.移相全橋大功率高頻開關電源的研究與設計[D].湖北：湖北工業大學，2014（06）：7-21.

[2]丁有爽，肖曦.基于極點配置的永磁同步電機驅動柔性負載PI調節器參數確定方法[J].中國電機工程學報，2017（04）：1225-1239.

[3]趙春雷.雙向DC-DC變換器的拓撲研究[J].科技創新與應用，2017（01）：85-86.

[4]符慧，左月飛，劉闖，等.永磁同步電機轉速環的一種變結構PI控制器[J].電工技術學報，2015（12）：237-242.

[5]王建輝，顧樹生.自動控制原理[M].北京：清華大學出版社，2014：15-50.endprint