DCDC全桥变换器电压闭环PI控制仿真模型

资 源 简 介

该项目由MATLAB/Simulink环境开发，旨在实现一个高效率的直流-直流全桥变换器闭环控制系统。模型包含直流电源、功率MOSFET组成的全桥逆变桥、高频变压器、全桥整流电路以及由高性能低通滤波器和负载组成的功率输出级。控制算法部分采用了精准的电压单闭环PI控制架构，核心在于利用电压传感器实时提取输出端的直流电压信号，并将其与预先设定的参考基准电压进行动态对比。系统产生的误差信号输入到比例积分调节器中，由PI控制器产生调制指令信号，进而通过PWM发生器产生同相或移相的驱动脉冲来控制对管的导通与关断，从

详 情 说 明

DCDC全桥变换器电压闭环PI控制仿真项目

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB环境开发的直流-直流（DC-DC）全桥变换器电压闭环控制仿真系统。通过数学建模和离散时域仿真技术，模拟了从直流输入到稳定直流输出的完整电力电子变换过程。系统核心采用电压单闭环PI调节器，配合脉宽调制（PWM）技术，实现了对输出电压的精确稳压控制。该模型不仅涵盖了功率级电路的动态物理特性，还集成了控制算法的离散化实现，能够有效展示系统在启动阶段、稳态运行以及负载突变工况下的瞬态响应与抗干扰能力。

功能特性

1. 闭环稳压控制：利用比例积分（PI）算法实时修正输出偏差，确保输出电压紧跟参考基准。
2. 典型的全桥拓扑模拟：实现了包含H桥逆变、高频变压器变比映射及整流环节的能量传递逻辑。
3. 动态负载测试：内置负载突变逻辑，模拟在仿真中段负载电阻减小时系统的电压恢复性能。
4. 详尽的损耗建模：电路方程中考虑了电感等效内阻（RL）和电容等效串联电阻（ESR），使仿真结果更贴近工程实际。
5. 离散时域求解：采用欧拉数值积分法求解电路微分方程，支持高精度的步长控制（0.1us）。
6. 多维度结果可视化：提供输出电压、误差曲线、滤波电感电流、变压器原边波形及驱动脉冲的综合展示。

使用方法

1. 在电脑上安装并运行MATLAB。
2. 将仿真脚本文件放置在MATLAB当前工作路径下。
3. 直接运行仿真主程序脚本。
4. 程序将自动进行时域迭代计算，并在完成后弹出仿真结果分析图表。
5. 观察命令行窗口打印的性能指标，包括稳态电压、误差峰值及恢复时间估算。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本（仅需基础MATLAB，无需安装额外的Simulink工具箱）。
2. 硬件配置：建议4GB以上内存，主频2.0GHz以上的处理器。

核心实现逻辑说明

仿真系统按照以下逻辑顺序执行：

1. 参数初始化：配置400V输入电压、48V基准电压、50kHz开关频率及1:5的变压器变比。同时设定LC滤波器及PI控制器的比例(0.05)与积分(80)增益。

1. 仿真主循环：以0.1us为步长进行时域迭代。在每个时刻点，程序首先判断当前的负载电阻状态（0.025s前后变化）。

1. PI算法实现：

• 采样频率与开关频率同步，每个开关周期更新一次控制指令。
• 计算基准电压与当前输出电压的偏差。
• 对误差进行积分累加，并通过比例系数和积分系数合成控制量。
• 设置0.0到0.95的占空比限制，防止控制器过度饱和。

1. 功率级物理建模：

• 全桥驱动：根据当前的占空比，将一个开关周期分为正向导通、反向导通和零矢量阶段，生成变压器原边的交变电压。
• 整流滤波：对变压器副边电压进行绝对值化处理（模拟全桥整流），并扣除单向导通下的电流限制。
• 状态方程求解：利用欧拉法更新电感电流和电容电压的状态。电流计算考虑了电感内阻及负载分配，电压计算考虑了电容ESR引起的压降。

1. 数据记录与展示：系统缓存所有时刻的状态变量。仿真结束后，提取最后阶段的微秒级数据，展示50kHz频率下的高频开关切换波形。

关键算法与细节分析

1. 调控频率同步逻辑：代码中通过对时间取模（mod）的操作，确保PI控制器不是在每个仿真步长都运行，而是在每个开关周期起始点进行决策。这种处理方式准确模拟了嵌入式控制器的实际工作机制。
2. 占空比映射：全桥结构的PWM实现采用了对称分配策略，即在一个周期内正半周和负半周各分配一半的有效导通时间，中间插入零矢量，用以模拟移相或脉宽调制效果。
3. 负载波动模拟：在0.025秒时，负载电阻由5欧姆突降至2欧姆，模型通过实时改变微分方程中的电阻项参数，展示了PI控制器在电流需求激增时如何通过增大占空比来维持输出电压稳定。
4. 电压计算修正：输出电压Vo并不是直接等于电容电压Vc，而是由电容充放电电流在ESR上产生的压降与Vc叠加而成，这体现了高频DC-DC变换器中纹波产生的物理本质。