模糊PID復(fù)合控制的移相全橋ZVS PWM變換器設(shè)計(jì)研究

葉玉曜+張振國(guó)+李樹(shù)娟+鄧得洋

摘要：

隨著數(shù)字開(kāi)關(guān)電源的不斷發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)一種高效穩(wěn)定且適用于DSP控制的高頻化高效率新型數(shù)字開(kāi)關(guān)電源DC/DC變換器，通過(guò)采用移相全橋ZVS PWM變換器結(jié)構(gòu)，使用模糊自整定PID復(fù)合控制調(diào)節(jié)電壓以消除系統(tǒng)控制盲區(qū)及穩(wěn)態(tài)誤差，利用DSP自身的硬件資源實(shí)現(xiàn)移相控制脈沖，依據(jù)計(jì)算結(jié)果采用合理器件參數(shù)完成系統(tǒng)硬件構(gòu)建，并最終利用MATLAB進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，該變換器不論在恒定負(fù)載還是負(fù)載突變時(shí)，均能在0.05s內(nèi)將輸出電壓值穩(wěn)定在48V，反應(yīng)迅速，輸出波形穩(wěn)定，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理可行。

關(guān)鍵詞：

DC/DC變換器；移相全橋；模糊自整定；PID控制；DSP

DOIDOI：10.11907/rjdk.173091

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：1672-7800（2018）001-0175-04

Abstract：With the continuous development of the digital switching power supply， for designing a highly efficient and stable DC/DC converter which is adapted in DSP controlled high frequency and efficiency digital switching power supply， this paper used phase shifted full bridge ZVS PWM converter structure， fuzzy self-tuning PID compound strategy to control voltage and eliminate the blind area and the steady-state error，DSP own hardware resources to realize phase shift control pulse and calculation results to construct hardware system. The simulation was carried out by using MATLAB. The simulation results showed that the output voltage of the converter could be stabilized in 48V within 0.05s， and the output waveform was stable， no matter with the constant load or load mutation， which verified the rationality and feasibility of the design.

Key Words：DC/DC converter； phase shifted full bridge； fuzzy self-tuning； PID control；DSP

0引言

伴隨著現(xiàn)代社會(huì)的飛速發(fā)展，電子設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入社會(huì)生產(chǎn)生活的各行各業(yè)，開(kāi)關(guān)電源已成為許多電子設(shè)備的重要組成部分。相較于模擬控制，數(shù)字開(kāi)關(guān)電源能實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的控制算法和控制策略，可以從根源上改善直流電源的性能，且智能化程度更高，抗干擾能力強(qiáng)[1]。本文以實(shí)現(xiàn)一種TMS320F28335控制的高頻化和高效率的新型數(shù)字開(kāi)關(guān)電源為背景，對(duì)基于模糊自整定PID復(fù)合控制算法的移相全橋ZVS PWM變換器進(jìn)行了研究，對(duì)基于TMS320F28335的數(shù)字移相控制算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，利用Matlab進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了研究結(jié)果的正確可行，且充分滿足設(shè)計(jì)要求。

1移相全橋變換器電路結(jié)構(gòu)

本文所研究的移相全橋型ZVS PWM軟開(kāi)關(guān)實(shí)際電路如圖1所示。圖1中的T1～T4是總功率開(kāi)關(guān)管，D1～D4為總功率開(kāi)關(guān)管的反響并聯(lián)二極管，C1～C4為總功率管接電容或者是外接的電容，Lr是電路諧振電感（包含變壓器的漏感），TR是輸出高頻變壓器，VD1和VD2為輸出整流二極管，Lf、Cf為輸出濾波電感和電容，RL為負(fù)載，Vin為輸入直流電源電壓，Vo為輸出電壓。

2移相全橋電路的軟件設(shè)計(jì)

2.1控制算法結(jié)構(gòu)

變換器由單個(gè)電壓環(huán)實(shí)現(xiàn)控制，其整體控制策略見(jiàn)圖2。電壓誤差是由輸出電壓的采樣值與輸出電壓的基準(zhǔn)值相比較得到。誤差值由電壓環(huán)模糊自整定PID調(diào)節(jié)后再經(jīng)過(guò)移相控制算法，以最終實(shí)現(xiàn)對(duì)功率開(kāi)關(guān)管的控制[2]。

2.2模糊自整定PID復(fù)合控制器的設(shè)計(jì)

模糊自整定PID控制器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中模糊控制器采用兩輸入三輸出的結(jié)構(gòu)[3]，將檢測(cè)電壓與給定電壓的誤差e=V_ref-V_out及其誤差變化率de/dt作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)，模糊控制的輸出為修正變量參數(shù)ΔKp、ΔKi、ΔKd，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)PID控制變量的實(shí)時(shí)自動(dòng)校正。整體系統(tǒng)的輸出即為電壓環(huán)的檢測(cè)值。

2.2.1確定輸入、輸出變量的模糊語(yǔ)言

模糊自適應(yīng)模糊控制器的輸入量為誤差e、誤差變化率ec；輸出量為ΔKp、ΔKi和ΔKd。論域模糊集均設(shè)為{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}；e、ec、ΔKp、ΔKi、ΔKd的論域均為{-3，-2，-1，0，1，2，3}。

使輸出電壓穩(wěn)定在48V是本文調(diào)壓的目標(biāo)，所以電壓誤差和電壓誤差變化的基本論域都取為[-48，48]，參考電壓的基本論域取[-10，10]。輸入（E、EC）的模糊論域均取為[-3，3]。所以比例因子分別為：ke=3/48，kec=3/48。模糊化公式為：endprint