100 W半桥LLC谐振变换器快速响应的控制策略设计

论

文

赏

析

2022年电子技术应用第2期

饶 刚，严 帅，金 彬，王文军

武汉科技大学 机械传动与制造工程湖北省重点实验室，湖北 武汉430081

摘要：  

针对通信电源在负载设备有大数据流量涌入瞬间的动态特性问题，提出一种基于变论域模糊PID控制的半桥LLC谐振变换器快速响应的控制策略设计。该设计在传统PID控制的基础上，引入模糊数学及快速标量乘法运算控制理论；并在MATLAB/simulink平台上对该策略与传统PID控制策略进行仿真比较；最后，搭建实验样机对该控制策略进行验证。通过实验对比发现，变论域模糊PID控制下LLC谐振变换器响应速度更快，具有更好的动态特性。

关键词：

变论域模糊PID控制，半桥LLC谐振变换器，通信电源，动态特性

0 引言：

随着通信技术的发展及网络覆盖深度与广度的不断提升，人们对于通信质量的要求也逐渐增加，而通信电源作为通信系统的“心脏”，一直以来都是通信与电源领域的重点研究对象[1]。当前通信电源普遍采用两级式电路结构，前级为有源功率因数校正电路，后级为LLC谐振变换器电路[2]。随着开关频率的提升，LLC拓扑电源的电路损耗相应增加，而负载的非线性变化也对电源的快速响应特性提出了更高的要求[3]。故而，如何提升电源快速响应特性一直是工程师在进行电源设计时需要考虑的难点。

由于谐振电源器件参数固化，其动态特性的提升多从控制回路着手。文献[4]通过对谐振电容两端电压进行分压串取实现电流信息的采样工作，该种方案替代了电流互感器，但实现过程较为复杂，对电压电流的采样精度有较高要求。文献[5]提出一种将变频控制和移相控制相结合的控制方法，基于该种方法能实现变换器的宽电压增益及全负载范围的软开关，但控制环节较为复杂，且PI环节的使用依旧存在控制回路对非线性负载跟随性差的问题。文献[6]依据轨迹控制需实时检测输出状态的特性提出一种简化的轨迹控制策略，该策略在一定程度上消除了PID控制积分环节过大带来的输出过冲影响，但在实际应用中受器件寄生参数及频率的影响较大，而文中对此并没有进行深入探讨。此外，平均电流控制[7]、电荷控制[8-9]、脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)与脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，PFM)混合控制[10]等控制方式在参数匹配的情况下对LLC谐振变换器的动态特性都进行了提升，但在系统参数发生改变时，上述控制方式将难以获得理想的控制效果。