基于双闭环控制的稳流型开关电源的建模与仿真.doc

基于双闭环控制的稳流型开关电源的建模与仿真 摘要：在建立全桥DC/DC变换器小信号模型的基础上研究双闭环控制系统，应用自动控制理论以及Matlab仿真工具对控制参数进行整定，得到了稳流型开关电源的数学模型。最后采用Simetrix仿真软件对系统进行仿真，结果表明根据小信号模型设计的开关稳流电源是可行的以及双闭环控制技术改善了系统的动态性能和稳定性。 关键词：双闭环控制；稳流电源；数学模型；Simetrix仿真 Modeling and Simulation of Stabilized Current Switching Power Supply Based on Double Closed-loop Control Absract：Based on the small signal model of full-bridge DC/DC converter, the double closed-loop control system is developed。With automatic control theory and by Matlab software,the control parameters are set to derive the mathematic model of stabilized current Switching Power supply. In the end, the system is simulated with Simetrix. Rusults show not only that the design is feasible but also that the double closed- loop control technique enhannces the dynamic behavior and stability of the system. keywords：double closed-loop control；stabilized current supply；mathematica model；Simetrix simulation 1、引言 在许多工业领域，根据应用需要要求电源具有稳流特性，传统的稳流型开关电源仅利用单环反馈控制方式，很难大幅度提高开关电源的性能指标[1]。本文引入双环控制方式，在建立全桥DC/DC变换器小信号模型的基础上研究双闭环控制系统，为系统设计良好的补偿网络，并采用Simetrix仿真软件对所设计的系统进行了仿真分析。仿真结果表明根据小信号模型设计的开关稳流电源是可行的以及双闭环控制技术改善了系统的动态性能和稳定性。 2、稳流型开关电源的结构原理及技术参数 稳流型开关电源的系统结构如图1所示。 图1 电源系统结构图 Fig.1 Framework of power supply system 主电路参数：变压器变比n=1/2.5，输出滤波电感L=90uH，输出滤波电容C=4000uF,负载电阻R=2.2。技术参数:输入电源为风力发电机三相输出400V、40Hz～60Hz，开关工作频率20KHz,PWM锯齿波峰值=4.7V,输出电压范围=100V～140V，输出电流平均值=50A。 3、全桥DC/DC变换器的主电路开环等效小信号数学模型[2,3,4] 首先假设全桥DC/DC变换器在工作过程中满足以下条件：交流小信号的频率远远小于开关的工作频率、变换器的转折频率远远小于开关的工作频率、各变量的交流分量的幅值远远小于相应的直流分量，变压器的漏感可忽略。根据全桥DC/DC变换器的工作原理，其小信号模型可等效为带隔离变压器的BUCK电路的小信号模型。通过对连续导电模式（CCM）下的BUCK电路进行平均线性分析，得到如图2所示的全桥DC/DC变换器的标准型小信号等效电路模型。 图2 全桥DC/DC变换器标准 型小信号等效电路模型 Fig.2 Standard small signal equivalent circuit model of full-bridge DC/DC converter 图中为输入电压稳态分量与扰动量的叠加，为输入电流稳态分量与扰动量的叠加，为电感电流稳态分量与扰动量的叠加，为电容电压稳态分量与扰动量的叠加，输出电压稳态分量与扰动量的叠加，D和分别为占空比的稳态分量和扰动量。 根据本文的设计参数，图2中的各个参数分别为M(D)=nD，e(s)=，j(s)= ，由标准型电路可以建立全桥DC/DC变换器CCM的小信号数学模型，得到主电路开环传递函数： 电感电流扰动量与输入电压扰动量的传递函数（1） 电感电流扰动量与占空比扰动量的传递函数 （2） 输出电压扰动量与输入电压扰动量的传递函数（