移相全桥拓扑及移相全桥电路原理
于晓慧+王蔚+张国福
摘 要：为保证移相控制全桥变换电路输出稳定的电压，采用经典的双闭环PI调节器，对输出滤波电容电压与电感电流进行控制，并通过对PI参数的设计，实现了电压的稳定输出，最终在MATLAB/Simulink中对PI设计结果进行仿真验证，根据仿真结果及PI调节器伯德图，证明文章设计的双闭环PI调节器可保证系统输出稳定的电压，为实际工程做参考。
关键词：PI调节；移相全桥变换电路；MATLAB仿真；伯德图
中图分类号：TM46 文献标志码：A 文章编号：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
全橋变换电路由开关器件构成，开关器件在相应的控制方式下工作，现阶段开关器件的控制策略繁多，新颖的控制方法过程复杂，建模困难，在实际工作中应用狭窄，而经典的控制策略，结构清晰，过程简单，可达到相同的控制目的，应用广，更为实用，本文采用经典双闭环控制方式实现对全桥变换电路的控制，对实际工程具有指导意义。
2 移相控制全桥变换电路
全桥变换电路拓扑结构及其移相控制过程如图1所示[1]。
图1中L2、C0与R组成输出滤波电路，对C0电压与L2电流采样，与给定电压U0和电流控制电压U1比较，最后经PI调节器调节为移相控制的调制信号。输入输出之间关系为：
其中，A为1，上桥臂开通，下桥臂关断，为0时相反； i2为电阻R电流，iL2为L2电流，UC0为C0电压，由式（1）可知通过控制UC0与iL2达到对输出电压V0进行控制的目的。
3 双闭环PI调节器选取
3.1 电流内环PI设计
电流内环闭环传递函数为[1，2]：
其中，Kpi为电流内环的比例系数，TIi为系统电流采样周期，KPWM为PWM的比例系数，Tp为系统时钟周期，Kn为变压器变比。
3.2 电压外环PI设计
电压外环闭环传递函数为[1，2]：
其中，Kpv为电压外环比例系数，TIV为电压外环积分系数，TV为电压外环采样周期，C为电容。
4 仿真与仿真结果
4.1 仿真模型与参数设置
根据原理图搭建仿真电路，其中移相控制系统仿真如图2，PI调节器仿真搭建如图3。
PI参数整定要考虑系统的调节时间、超调量与稳定性[3，4]。由经验法，通过不断地仿真验证，电流内环P=2.99，I=1600，电压外环P=0.00025，I=800。
4.2 仿真结果
在MATLAB中绘制伯德图。
在Au>0内，相频特性曲线-180°正负穿越差为0，则系统稳定[5]。图4中，截止频率对应相角为-180°，系统达到稳定临界状态相角裕度为65°，图5中，截止频率时对应相角为-180°，系统达到稳定临界状态相角裕度为37°，系统的稳定裕度充足，稳定性良好。在给定值U0=100V时，UC0如图6所示。
V0在0.5s左右稳定在给定值，UC0最大超调量？滓%=35%，上升时间tr=0.04s，双闭环PI参数设计满足系统动态指标。
5 结束语
本文在选取的移相控制全桥变换电路传递函数的基础上，设计了双闭环电流内环与电压外环的PI调节器，采用MATLAB对双闭环移相控制全桥变换进行仿真，得到稳定跟随给定的输出，验证PI调节器设计合理，参数选取满足设计要求，为设计实际电路系统做参考。
参考文献：
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[2]丁有爽，肖曦.基于极点配置的永磁同步电机驱动柔性负载PI调节器参数确定方法[J].中国电机工程学报，2017（04）：1225-1239.
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[4]符慧，左月飞，刘闯，等.永磁同步电机转速环的一种变结构PI控制器[J].电工技术学报，2015（12）：237-242.
[5]王建辉，顾树生.自动控制原理[M].北京：清华大学出版社，2014：15-50.endprint
