【闭环控制】可应用于V2G的全桥CLLLC双向谐振变换器PI闭环控制
【闭环控制】可应用于V2G的全桥CLLLC双向谐振变换器PI闭环控制
本文提出了一种基于闭环PI控制的全桥CLLLC双向谐振变换器，用于车网互动（V2G）系统中高效能量传输。通过分析CLLLC谐振网络的特性，并设计PI控制器对变换器进行闭环控制，实现了输出电压的稳定控制和功率的双向传输。仿真实验验证了所设计系统的动态性能和稳态精度。
理论
1. CLLLC谐振变换器原理
CLLLC变换器是一种多谐振网络结构，通过结合电感和电容的谐振特性，实现高效的能量转换和隔离。其主要特性包括：
谐振频率设计：
双向功率传输：CLLLC变换器可以通过改变谐振频率实现能量的双向传输，适用于V2G场景下的充放电控制。
2. PI闭环控制
PI控制器用于调节输出电压和功率的稳态误差和动态响应。其控制方程为：
通过闭环控制，可以有效提高系统的稳定性和动态响应性能。
实验结果
在MATLAB/Simulink中对所设计的CLLLC变换器进行了仿真，实验结果如下：
正向功率传输在正向功率传输模式下，输出电压和电流波形稳定，谐振电流呈现良好的正弦特性。
反向功率传输反向传输时，输出电流和电压依旧稳定，验证了变换器的双向功率传输能力。
系统动态响应在负载变化或输入电压波动的情况下，PI控制器能够迅速调整输出，系统的动态响应快速，稳态误差较小。
部分代码
% 系统参数
Lr = 10e-6; % 谐振电感
Cr = 4.7e-6; % 谐振电容
Lm = 1e-6; % 变压器漏感
Vin = 400; % 输入电压
Vout_ref = 48; % 输出参考电压
% PI控制器参数
Kp = 0.1;
Ki = 10;
% 初始化变量
Vout = 0; % 初始输出电压
error_int = 0; % 积分误差初始化
% 闭环控制仿真
for t = 1:length(time)
% 计算误差
error = Vout_ref - Vout;
error_int = error_int + error * Ts; % 积分项
% PI控制器输出
control_signal = Kp * error + Ki * error_int;
% 更新系统状态
[Iout, Vout] = clllc_model(Vin, control_signal, Lr, Cr, Lm);
end
% 谐振变换器模型
function [Iout, Vout] = clllc_model(Vin, control_signal, Lr, Cr, Lm)
% 使用谐振频率计算输出
fr = 1 / (2 * pi * sqrt((Lr + Lm) * Cr));
% 简化模型输出
Iout = Vin * control_signal / (2 * pi * fr * Lr);
Vout = Iout * Lr / Cr;
end
参考文献
De Doncker, R. W., Divan, D. M., & Kheraluwala, M. H. (1988). A Three-Phase Soft-Switched High-Power-Density DC/DC Converter for High-Power Applications. IEEE Transactions on Industry Applications, 27(1), 63-73.
Sabate, J. A., Vlatkovic, V., Ridley, R. B., & Lee, F. C. (1990). Design considerations for high-voltage high-power full-bridge zero-voltage-switched PWM converter. Applied Power Electronics Conference and Exposition, 275-284.
Tan, S. C., & Tse, C. K. (2004). Control design and modeling of a PWM current-mode boost converter. IEEE Transactions on Power Electronics, 19(6), 1345-1353.
（文章内容仅供参考，具体效果以图片为准）