本文研究了可调开关电源仿真设计,并对不同智能控制策略下的电源性能进行了对比分析。研究基于MATLAB7.0软件,利用Simulink仿真软件包和SimPowerSystems电力系统模型库进行建模与仿真。文中详细介绍了利用SG3525控制芯片搭建的开关电源仿真模型,以及数字PID和模糊自适应PID控制开关电源的设计过程。
SG3525是一种性能优良、功能全面、通用性强的开关电源控制芯片。它具有推拉输出形式,增加了驱动能力,集成了欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器和过流保护功能。SG3525的工作频率可调,并能限制最大占空比,使输出波形更加稳定。文中特别指出,为了保证仿真中误差放大器的开环增益典型值为75dB,需要添加误差放大器模块。此外,为了实现对桥路的双极性控制,需要将PWM波分成两路,而脉冲发生器PG2的频率设为电源的工作频率50kHz,PG1的频率设为PG2的两倍即100kHz。仿真中发现三角波幅值过小会导致PWM波脉宽调整不准确,因此加入了放大器。
数字PID控制模型采用增量式数字PID算法,输出到数字PWM发生器。为了减小脉冲尖峰干扰,采用了由模块Me、1-Me和Delay3构成的一阶滞后滤波仿真模型,并设置了积分量上限以防止积分饱和。数字滤波算法在仿真中采用一阶滞后滤波,采样时间设置为与PWM输出脉冲的周期相等,保证每个开关周期都进行一次控制调整。
模糊自适应PID控制部分则介绍了如何在MATLAB环境下使用FIS编辑器设置模糊推理系统,并选择输出电压与给定值的误差及其变化率作为输入变量。通过编辑器添加了三个输出变量Kp、Ki、Kd,分别代表PID控制器的比例、积分、微分参数。设计完成后,需要将编辑好的模糊控制文件FPID.fis保存,并在Simulink中进行搭建和使用,同时设置模型的预载函数以实现模糊逻辑控制器的正确工作。
仿真结果分析部分,通过运行上述模型,得到了不同控制策略下的阶跃响应波形和纹波电压波形。分析表明,SG3525控制电源在负载突变时,输出电压会产生较大波动,这是由于SG3525控制环节导致的。通过对比仿真结果,数字PID控制和模糊自适应PID控制的仿真波形表明,后者可以提供更好的动态性能和稳态性能。
通过本文的研究,可以总结出在设计开关电源仿真模型时,SG3525控制芯片、数字PID算法和模糊自适应PID控制算法均能有效实现电源的性能优化。但模糊自适应PID控制相较于传统PID控制和SG3525控制,展现了更好的自适应和动态响应能力。这一发现对于未来开关电源控制策略的选择和优化提供了有益的参考。