模糊PID復合控制的移相全橋ZVS PWM變換器設計研究

葉玉曜+張振國+李樹娟+鄧得洋

摘要：

隨著數字開關電源的不斷發展，為實現一種高效穩定且適用于DSP控制的高頻化高效率新型數字開關電源DC/DC變換器，通過采用移相全橋ZVS PWM變換器結構，使用模糊自整定PID復合控制調節電壓以消除系統控制盲區及穩態誤差，利用DSP自身的硬件資源實現移相控制脈沖，依據計算結果采用合理器件參數完成系統硬件構建，并最終利用MATLAB進行了仿真。仿真結果表明，該變換器不論在恒定負載還是負載突變時，均能在0.05s內將輸出電壓值穩定在48V，反應迅速，輸出波形穩定，驗證了設計的合理可行。

關鍵詞：

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：TP319

文獻標識碼：A文章編號文章編號：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

伴隨著現代社會的飛速發展，電子設備已經進入社會生產生活的各行各業，開關電源已成為許多電子設備的重要組成部分。相較于模擬控制，數字開關電源能實現更高級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[1]。本文以實現一種TMS320F28335控制的高頻化和高效率的新型數字開關電源為背景，對基于模糊自整定PID復合控制算法的移相全橋ZVS PWM變換器進行了研究，對基于TMS320F28335的數字移相控制算法的實現進行了詳細闡述，并根據設計參數，利用Matlab進行了仿真，驗證了研究結果的正確可行，且充分滿足設計要求。

1移相全橋變換器電路結構

本文所研究的移相全橋型ZVS PWM軟開關實際電路如圖1所示。圖1中的T1～T4是總功率開關管，D1～D4為總功率開關管的反響并聯二極管，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計

2.1控制算法結構

變換器由單個電壓環實現控制，其整體控制策略見圖2。電壓誤差是由輸出電壓的采樣值與輸出電壓的基準值相比較得到。誤差值由電壓環模糊自整定PID調節后再經過移相控制算法，以最終實現對功率開關管的控制[2]。

2.2模糊自整定PID復合控制器的設計

模糊自整定PID控制器的結構如圖3所示。其中模糊控制器采用兩輸入三輸出的結構[3]，將檢測電壓與給定電壓的誤差e=V_ref-V_out及其誤差變化率de/dt作為系統的輸入信號，模糊控制的輸出為修正變量參數ΔKp、ΔKi、ΔKd，實現對傳統PID控制變量的實時自動校正。整體系統的輸出即為電壓環的檢測值。

2.2.1確定輸入、輸出變量的模糊語言

模糊自適應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}。

使輸出電壓穩定在48V是本文調壓的目標，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