移相全橋ZVSDC/DC變換器的極點配置自適應預測控制

摘要：闡述了移相全橋ZVSDC/DC變換器準線性建模思想以及極點配置自適應數字控制策略，并在此基礎上設計了變換器的數字控制系統，然后給出了電路仿真結果。仿真結果表明采用新提出的控制策略不僅保證了上述變換器在各變化的工作點都能獲得良好的動態響應和穩定性,而且具有控制算法簡單和控制過程易于實現的優點。

關鍵詞：準線性模型；極點配置自適應控制；移相全橋ZVS變換器

1 引言

近年來，移相全橋ZVSPWMDC/DC變換器由于它的顯著特點已經在中大功率場合得到廣泛的應用。而通過采用模擬芯片UC3895調節其兩橋臂間對應開關的導通相位差，可實現其PWM模擬控制。近年來隨著微處理器價格不斷下降和計算能力不斷增強，采用數字控制已成為大中功率開關電源的發展趨勢。移相全橋ZVSPWM變換器是一個脈動的非線性系統。非線性系統的數字控制是人們多年來研究的熱門課題之一。為了實現其高控制性能，本文采用數字信號處理器(DSP)來控制上述變換器。首先建立移相全橋ZVSPWM變換器的準線性模型，然后在此模型的基礎上應用極點配置自適應控制策略設計出數字控制系統。

2 移相全橋ZVSPWMDC/DC變換器的準線性模型

用狀態空間平均法建立的DC/DC變換器線性小信號模型，描述系統在額定工作點附近的工作特性。然而，由于這種方法規定變換器的參數只能在額定工作點附近變化，因此，對于工作在各種參數變化較大（如輸入電壓變化較大）的移相全橋變換器來說，這種建模方法顯然不是很有效。為了克服這一缺點，文獻[2]提出了準線性建模方法。準線性模型由穩定點模型和該穩定點下的小信號擾動模型兩部分組成。穩定點模型描述系統在特定輸入電壓和負載情況下的穩定特性，其穩定工作點是變化的；擾動模型描述變換器在穩定點的暫態特性，它不是圍繞著固定工作點作擾動得出的小信號模型，而是圍繞著變化的工作點作擾動，且其變量比前者減少的小信號差分狀態方程來描述。

2.1 準線性小信號擾動模型

移相全橋ZVSPWMDC/DC變換器主拓撲如圖1所示。如果以移相全橋變換器的輸出電感電流I_L，輸出電容電壓V_c，輸入電壓V_in和占空比D為變量，對這4個變量加小信號擾動，就能得出精確的線性小信號模型。這個模型可以精確地描述移相全橋變換器工作在固定工作點附近的特性。而建立其準線性小信號擾動模型時，不是對所有4個變量都施加擾動，若選擇輸入電壓不作線性化擾動，則作線性化擾動的變量就只包括輸出電感電流I_L，輸出電容電壓V_c及占空比D，這樣移相全橋變換器穩態工作點不再是固定的，而是隨著輸入電壓的變化而變化,從而，上述變量小信號擾動的大小也應為變量瞬時值與其在相應的穩態工作點穩態值之差。圖2是移相全橋變換器線性小信號電路模型^[3]，（為有效占空比的總擾動量；為濾波電感電流變化引起的的變化量；為輸入電壓變化而引起的的變化量；是原邊占空比的變化量）。

圖1 移相全橋ZVS變換器的主電路

圖2 移相全橋變換器的線性小信號電路模型

根據文獻[3]建立線性小信號模型的方法，建立準線性小信號擾動模型，只要不考慮輸入電壓變化對有效占空比總擾動量的影響，就可得出其準線性小信號擾動模型，如圖3所示。

根據圖3可得出準線性小信號擾動模型的狀態方程，即

（1）

式中：x(t)為狀態變量，包括小信號濾波電感電流和小信號濾波電容電壓兩個狀態變量，分別等于輸出電感電流和輸出電壓與它們的設定值之差；

D′為小信號占空比擾動輸入；

y(t)為輸出變量；

L為輸出濾波電感量；

C為輸出濾波電容量；

R為負載；

V_in為輸入電壓；

n為變壓器副邊與原邊的匝數比；