基于双闭环模糊PID控制器的开关电源控制

本文基于Buck变换器提出了一种采用输出电压、输出电流进行双闭环控制的模糊PID（F-PID）控制方法。并通过Matlab/Simulink和Cadence PSpice联合仿真验证了该新型控制方法具有很好的稳定和瞬态响应性能。 《基于双闭环模糊PID控制器的开关电源控制》探讨的是针对现代集成电路供电需求的电源控制策略。文章关注的焦点是电压调节模块（VRM），它在CPU等高性能芯片中发挥着关键作用，提供低压大电流输出，并能快速响应负载变化，确保高输出稳定度。随着集成电路技术的发展，芯片对供电电源的要求变得更为苛刻，传统的双闭环控制方法面临挑战。 传统的双闭环控制通常采用峰值电流控制模式或V2控制模式，利用输出滤波电感的电流纹波或输出滤波电容的电压纹波作为反馈信号。然而，这种方法存在响应延迟和信噪比低的问题，尤其是在低电压、大电流和快速负载变化的环境中，其性能不足。 为了解决这些问题，文章提出了采用输出电压和输出电流进行双闭环控制的模糊PID（F-PID）控制方法。F-PID控制器结合了线性和非线性控制的优势，具有鲁棒性强、无需精确建模的优点。该控制器直接以负载电流作为反馈，解决了传统控制器电流采样点问题，提高了控制效率。 具体实现上，控制系统采用了Matlab/Simulink和Cadence PSpice联合仿真，证明了F-PID控制器的优良稳定性和瞬态响应性能。外环电压控制器（AVR）采用F-PID，内环电流控制器（ACR）采用传统的PID，实现了复杂度与性能的平衡。ACR的输出经过脉宽调制（PWM）后驱动Buck变换器的MOSFET。 F-PID控制器的电压误差和误差变化率作为输入，通过模糊逻辑调整PID参数，实现了自适应控制。为了避免误差变化率受到干扰，文章采用了取常用对数、低通滤波和一阶采样保持器等方法来处理。模糊控制器的输入输出采用线性隶属度函数，规则表设计以优化控制性能。 该研究提出了一种新颖的双闭环模糊PID控制策略，旨在应对集成电路供电需求的不断提升，提高了VRM的稳定性和瞬态响应，解决了传统控制方法的局限性。这一方法不仅在理论上有重要价值，而且在实际应用中具有广阔前景，特别是在高速、高性能计算平台的电源管理领域。