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100 W半橋LLC諧振變換器快速響應(yīng)的控制策略設(shè)計(jì)

2022年電子技術(shù)應(yīng)用第2期

饒剛，嚴(yán) 帥，金彬，王文軍

武漢科技大學(xué) 機(jī)械傳動(dòng)與制造工程湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430081

摘要： 針對(duì)通信電源在負(fù)載設(shè)備有大數(shù)據(jù)流量涌入瞬間的動(dòng)態(tài)特性問(wèn)題，提出一種基于變論域模糊PID控制的半橋LLC諧振變換器快速響應(yīng)的控制策略設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上，引入模糊數(shù)學(xué)及快速標(biāo)量乘法運(yùn)算控制理論；并在MATLAB/simulink平臺(tái)上對(duì)該策略與傳統(tǒng)PID控制策略進(jìn)行仿真比較；最后，搭建實(shí)驗(yàn)樣機(jī)對(duì)該控制策略進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，變論域模糊PID控制下LLC諧振變換器響應(yīng)速度更快，具有更好的動(dòng)態(tài)特性。

關(guān)鍵詞： 變論域模糊PID控制半橋LLC諧振變換器通信電源動(dòng)態(tài)特性

中圖分類號(hào)： TN86
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211628
中文引用格式： 饒剛，嚴(yán)帥，金彬，等. 100 W半橋LLC諧振變換器快速響應(yīng)的控制策略設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(2)：101-106，110.
英文引用格式： Rao Gang，Yan Shuai，Jin Bin，et al. Control strategy design of 100 W fast response half bridge LLC resonant converter[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(2)：101-106，110.

Control strategy design of 100 W fast response half bridge LLC resonant converter

Rao Gang，Yan Shuai，Jin Bin，Wang Wenjun

Hubei Key Laboratory of Mechanical Transmission and Manufacturing Engineering， Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China

Abstract： For the dynamic characteristics of communication power supply when there is an inflow of big data traffic, a design of half-bridge LLC resonant converter based on variable universe fuzzy-PID control is proposed, which can realize the fast response control. Based on the traditional-PID control, it′s also adopted fuzzy mathematics and fast scalar multiplication algorithms that can help to improve the fast convergence characteristic of the system. Later, MATLAB/simulink software was used to simulate this strategy, compared with the traditional PID control scheme. Finally, an experimental prototype was designed for experimental verification. The experimental results show that the LLC resonant converter under variable universe fuzzy PID control has faster response speed and better dynamic characteristics.

Key words : variable universe fuzzy-PID control；half-bridge LLC resonant converter；communication power supply；dynamic characteristics

0 引言

隨著通信技術(shù)的發(fā)展及網(wǎng)絡(luò)覆蓋深度與廣度的不斷提升，人們對(duì)于通信質(zhì)量的要求也逐漸增加，而通信電源作為通信系統(tǒng)的“心臟”，一直以來(lái)都是通信與電源領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對(duì)象^[1]。當(dāng)前通信電源普遍采用兩級(jí)式電路結(jié)構(gòu)，前級(jí)為有源功率因數(shù)校正電路，后級(jí)為L(zhǎng)LC諧振變換器電路^[2]。隨著開(kāi)關(guān)頻率的提升，LLC拓?fù)潆娫吹碾娐窊p耗相應(yīng)增加，而負(fù)載的非線性變化也對(duì)電源的快速響應(yīng)特性提出了更高的要求^[3]。故而，如何提升電源快速響應(yīng)特性一直是工程師在進(jìn)行電源設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的難點(diǎn)。

由于諧振電源器件參數(shù)固化，其動(dòng)態(tài)特性的提升多從控制回路著手。文獻(xiàn)[4]通過(guò)對(duì)諧振電容兩端電壓進(jìn)行分壓串取實(shí)現(xiàn)電流信息的采樣工作，該種方案替代了電流互感器，但實(shí)現(xiàn)過(guò)程較為復(fù)雜，對(duì)電壓電流的采樣精度有較高要求。文獻(xiàn)[5]提出一種將變頻控制和移相控制相結(jié)合的控制方法，基于該種方法能實(shí)現(xiàn)變換器的寬電壓增益及全負(fù)載范圍的軟開(kāi)關(guān)，但控制環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，且PI環(huán)節(jié)的使用依舊存在控制回路對(duì)非線性負(fù)載跟隨性差的問(wèn)題。文獻(xiàn)[6]依據(jù)軌跡控制需實(shí)時(shí)檢測(cè)輸出狀態(tài)的特性提出一種簡(jiǎn)化的軌跡控制策略，該策略在一定程度上消除了PID控制積分環(huán)節(jié)過(guò)大帶來(lái)的輸出過(guò)沖影響，但在實(shí)際應(yīng)用中受器件寄生參數(shù)及頻率的影響較大，而文中對(duì)此并沒(méi)有進(jìn)行深入探討。此外，平均電流控制^[7]、電荷控制^[8-9]、脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，PWM)與脈沖頻率調(diào)制(Pulse Frequency Modulation，PFM)混合控制^[10]等控制方式在參數(shù)匹配的情況下對(duì)LLC諧振變換器的動(dòng)態(tài)特性都進(jìn)行了提升，但在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，上述控制方式將難以獲得理想的控制效果。

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作者信息：

饒剛，嚴(yán) 帥，金彬，王文軍

(武漢科技大學(xué) 機(jī)械傳動(dòng)與制造工程湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430081)

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