电压环与电流环设计
电压电流环pi算法
电压电流环pi算法
电压电流环PI算法是一种控制算法，用于电压和电流的闭环
控制。
算法步骤如下：
1. 测量电压和电流的反馈值。
2. 计算电压和电流的误差，即目标值（设定值）与反馈值的差值。
3. 根据误差计算电压和电流的控制量，即PI控制器的输出值。
4. 将控制量作为输入信号送入电压和电流的控制系统中，根据具体的控制策略进行调节。
5. 重复上述步骤，实现电压和电流的闭环控制。
具体的PI控制算法如下：
1. 设置比例系数Kp和积分系数Ki。
2. 根据电压和电流的误差e和控制周期T，计算积分项I的增量：δI = Ki * e * T。
3. 根据电压和电流的误差e，计算比例项P的增量：δP = Kp * e。
4. 将积分项和比例项的增量相加得到PI控制器的输出量：U = δI + δP。
5. 将输出量U作为控制信号输入电压和电流的控制系统中。
PI控制算法可以根据具体的应用场景进行调节和优化，以实
现更好的控制效果。
开关电源中的比较常见的双重环路及其应用
开关电源中的比较常见的双重环路及其应用
工程师都知道，开关电源中离不开环路设计。
环路影响到开关电源的诸多性能指标，譬如输出纹波，动态特性，稳定性，保护特性等。
这篇文章将从下面四个方面讲一讲开关电源中的比较常见的双重环路及其应用：
1.单电压环与单电流环
2.电压环和电流环的双环竞争
3.电压外环电流内环
4.两种双环控制在车载电源产品中的应用
一、单电压环与单电流环
闭环就是通过对被控制变量进行负反馈与设定值进行比较，得到他们之间的偏差，然后通过控制偏差，来实现被控变量稳定在设定值附近。
生活中最常见的一个负反馈闭环就是骑自行车，如果我们想走一条直线，而实际往左偏了，就会将车把手往右调整，如果往右偏了，就往左调整。
最后肯定稳定在这条想走的路线的附近。
如果自行车整个过程一直都是向左偏离一个角度，这个就是静差，也叫稳态误差。
如果自行车稳定在设定路线的左右偏差一点，这个就是误差摆幅，有些场景下也叫纹波峰峰值。
车辆一直行使在设定路线附近，而且偏差小，遇到紧急避让的情况下（动态扰动）也绝不摔倒——这就是好的环路设计。
在比较简单的开关电源中，只需要一个单闭环就可以实现产品的恒压或者恒流输出。
对于恒压源，只需要控制输出电压稳定，对于恒流源只需要控制输出电流稳定。
这里通过最常见的buck电路的单电压闭环和单电流闭环来来分析一下。
以最常见的PI控制作为补偿控制环节。
1）其电压单环的控制闭环框图如下：其中Kadc为采样及反馈环节，Plant。
pwm电压环和电流环反馈的原理
pwm电压环和电流环反馈的原理
PWM（脉宽调制）电压环和电流环反馈是控制电源转换器的重要
部分，用于确保输出电压和电流稳定。
首先，让我们从PWM电压环
反馈的原理开始。
PWM电压环反馈的原理是通过比较实际输出电压与期望输出电
压的差异，然后调整PWM信号的占空比来实现电压调节。
具体来说，当实际输出电压低于期望值时，控制回路会增加PWM信号的占空比，从而增加开关管的导通时间，提高输出电压；相反，当实际输出电
压高于期望值时，控制回路会减小PWM信号的占空比，降低开关管
的导通时间，降低输出电压。
这种反馈机制能够使输出电压稳定在
期望值附近。
接下来是电流环反馈的原理。
电流环反馈通常用于控制开关电
源转换器的输出电流。
它的原理是通过比较实际输出电流与期望输
出电流的差异，然后调整PWM信号的占空比来实现电流调节。
当实
际输出电流低于期望值时，控制回路会增加PWM信号的占空比，增
加开关管的导通时间，提高输出电流；当实际输出电流高于期望值时，控制回路会减小PWM信号的占空比，降低开关管的导通时间，
降低输出电流。
这种反馈机制能够使输出电流稳定在期望值附近。
总的来说，PWM电压环和电流环反馈的原理都是基于比较实际输出与期望值的差异，然后通过调整PWM信号的占空比来实现稳定的电压和电流输出。
这种反馈机制能够有效地提高电源转换器的稳定性和性能。
电压电流双环控制原理
电压电流双环控制原理嘿，咱来聊聊电压电流双环控制原理这个超厉害的家伙吧！这电压电流双环控制啊，就像是一个聪明的指挥官，在电路的世界里有条不紊地指挥着一切，让电流和电压都乖乖听话，为我们的各种电子设备和系统提供稳定可靠的动力。
你看，电压就像是电路中的“压力”，它推动着电流这个“小水流”在电路中流动。
而电流呢，就像是电路中的“流量”，它带着能量在各种元器件之间穿梭。
电压电流双环控制原理就是要同时管理好这两个家伙，让它们协同工作，达到我们想要的效果。
想象一下，电路就像一个繁忙的交通枢纽，电压是交通规则中的“限速标志”，它规定了电流这个“车辆”行驶的速度上限。
如果电压不稳定，一会儿高一会儿低，就好比限速标志一会儿变成80公里每小时，一会儿又变成20公里每小时，那电路里的电流可就乱套啦，电子设备也会像在颠簸的路上行驶的汽车一样，出现各种问题，甚至可能“抛锚”。
所以，电压环的作用就是要确保电压保持在一个合适的范围内，就像一个严格的交警，时刻盯着电压这个“限速标志”，不让它出现太大的波动。
而电流环呢，就像是交通枢纽中的“流量监控器”。
它要保证电流按照我们的需求来流动，不能太多也不能太少。
如果电流过大，就像交通枢纽中突然涌入了大量的车辆，会导致道路拥堵，电路中的元器件可能会因为承受不了这么大的电流而发热损坏。
相反，如果电流过小，电子设备就可能得不到足够的能量，无法正常工作，就像汽车没油了一样，只能停在路边。
所以电流环要根据实际情况，及时调整电流的大小，让它始终保持在一个合适的水平，就像一个智能的交通指挥系统，合理地控制着车辆的流量，确保交通顺畅。
在电压电流双环控制中，这两个环是相互配合的哦。
就像一场精彩的双人舞，电压和电流相互呼应，彼此协调。
当电压出现变化时，电压环会迅速做出反应，调整输出，然后电流环会根据电压的变化，相应地调整电流，以保持整个电路系统的稳定。
这种紧密的配合就像是两个默契十足的舞者，一个动作的变化会立刻引起另一个的回应，共同演绎出完美的舞蹈。
利用UC3907设计的均流电路
利用UC3907设计的均流电路1引言在实际应用中，为了获得需要的容量和一定的冗余，电源系统经常将电源模块并联使用，对电源系统的基本要求是：——在电网扰动或负载扰动时，保持输出电压稳定；——控制各模块电流，使其均分负载电流。
为了最大程度地获得系统稳定性，电源系统还有以下要求：——设置模块冗余，使任一模块损坏，剩下的模块能提供足够的电流，而不致影响电源系统的工作；——完成负载均分功能，而不需其它的外置控制设备。
另外，针对完成均流，电源系统还需要以下的功能：——有一个公共的、低带宽的均流总线来连接所有的模块单元；——具有良好的均流瞬态响应；——使用一个控制器调节输出电压。
总之，希望由各模块构成的电源系统能形成一个整体，各模块平均分配应力。
并且这时如果使用均流技术，系统的稳定性最高。
我们在设计20A和50A的电源模块应用电路时就采用了美国UNITRODE公司的均流芯片，相对其它均流方法取得了较好的均流效果，并为电源模块热插拔的实现奠定了基础。
2均流方法电流均流法很多，有：下垂法、主从法、外接控制器法、平均电流法、最大电流法等。
相对而言最大电流法性能最好，调整简单易实现，均流母线开路或短路都不会影响各电源模块的独立工作，任一模块的故障也不会影响均流功能的实现。
UC3907采用的就是最大电流法，。
原理是各模块电流和模块的最大电流相比较，相应调整参考电压以校正模块输出电流的不均衡度。
这种方法和平均电流法相似（。
由图3可知，UC3907从结构上可以分为电压环和电流环两部分。
电压环由电压放大器、地放大器和驱动放大器构成；电流环由电流放大器、调整放大器、缓冲放大器和状态指示构成。
逆变器电压电流双闭环控制系统设计
逆变器电压电流双闭环控制系统设计余裕璞;顾煜炯;和学豪【摘要】逆变器在可再生能源发电中作为连接能量输入与输出负载的装置,发挥着重要作用,采用合适的控制系统可以得到满足后端电能质量需求的电能.针对电压单环控制调整滞后的缺点,补充中间电流反馈环节以提高控制系统的工作频率.比较了电感电流内环与电容电流内环反馈系统的区别,选取负载抗扰动性能更强的电容电流反馈系统,该控制方案对一般及整流性负载的干扰同时具有较强的平抑能力.针对输出电压及电感电流在数学模型上的交叉耦合作用,通过耦合信号前馈削弱其对控制系统的影响.提出一种基于“模最佳”的整定方法,对调节器的参数进行设计,最终利用仿真验证了所提设计方案的有效性.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2019(035)003【总页数】7页(P1-7)【关键词】逆变器;双闭环控制;前馈解耦;模最佳【作者】余裕璞;顾煜炯;和学豪【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TM7120 引言可再生能源在能源安全、能源总量、能源可靠性、环境无污染等方面均优于传统化石能源[1～3]。
微电网技术是利用可再生能源的主要方式之一[4～6]，“就地采集、就地使用”减少了中间环节的损耗，提高能量利用率。
逆变器是微电网中用于电能转换的主要装置[7]，保证微网运行可靠性。
逆变器的控制方案不局限于一种[8,9]，主要根据其运行目标确定。
在离网运行方式下其运行目标是维持母线电压和频率的恒定，保证负荷的电能质量需求,并网模式下运行一般要求输出给定的有功和无功[10]。
逆变器控制早期采用输出电压瞬时值反馈的单环控制，可以在一定程度上抑制负载的扰动，调节输出电压的波形，但是负载发生较大变化时输出电压畸变严重，其动态响应慢导致电压畸变调整时间长，不利于负载的正常工作。
PFC的数字设计总结
（14）
所以
k K in K m 2 Ki K 2 ff Vin
（15）
求得
gc K m K in K2 ff K iVo
（16）
4．电压环和电流环补偿环节设计
采用模拟化的设计方法，先在 s 域分析设计，再转化为数字控制算法。
（1） 电流环的补偿设计
电流环是 PFC 设计的关键， 它通过调节功率开关管的占空比迫使输入电流跟 踪输入电压。由于输入电压是全波整流波形，含有丰富的谐波，电流环要有较好 的动态跟踪能力。因此，电流环要设计成具有较高的低频增益和较宽的带宽。
^
Vg
^
Vo
Gid(s)
d
^
IL
^
FM Ti Gci(s)
× ＋
^
Ki
－
Vc
Gcv(s)
图 4 电流环小信号模型 电流环的小信号模型如图 4 所示，其开环传递函数为
Ti ( s ) K i Gci ( s ) FM Gid ( s ) Ki
——电流环反馈系数
（17）
Gci ( s ) ——电流环补偿环节 FM
为了抑制电压纹波，输出电容通常选的比较大，在高频条件下 可以近似简化为
1 0 ,上式 sC
Vo ' G id ( s ) Ls 1 G 'g ( s ) i L in Ls v d 0
(6)
（2）电压环 Control-to-Out 传递函数 Gvc
——PWM 环节传递函数
Gid ( s ) ——主电路 duty-to-current 传递函数
采用 TI 公司的 DSP2407 作为数字控制器，其 AD 的参考电压是 3.3V，所以 先要将电感电流经过传感器，使输出电压在 3V 左右。电流环的反馈系数是传感 器的增益和 AD 增益的乘积。同样道理，可以 求出前馈电压系数和电压环反馈 系数。
pfc pi环参数计算
pfc pi环参数计算
1. 确定系统参数
- 输入电压范围
- 输出电压
- 开关频率
- 输出功率
- 电感值
- 电容值
2. 计算控制器参数
- 确定控制器类型(比例积分PI或比例积分微分PID) - 计算比例系数Kp
- 计算积分系数Ki
- 计算微分系数Kd(如为PID)
3. 设计电流环
- 根据电感值、开关频率计算电感电流斜率
- 确定电流环带宽
- 计算电流环增益交叉频率
- 计算电流环相位裕度
4. 设计电压环
- 确定电压环带宽
- 计算电压环增益交叉频率
- 计算电压环相位裕度
- 计算电压环误差放大器参数
5. 频率响应分析
- 绘制开环增益相位曲线
- 验证系统稳定性裕度
6. 仿真验证
- 建立电路模型
- 进行环路响应仿真
- 优化参数
合理的pfc pi环参数设计可以使系统具备良好的动态响应、抗干扰能力和稳定性,满足实际应用需求。
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控制电路设计
一、电流环的设计
电流环的设计核心是控制主电路上电感电流的平均值，使它处于稳定状态，根据主电路与设计思路得电流控制环的系统框图如下：
其中Vcv 为电压环的输出电压（即系统的参考电压），Vs 为锯齿波的幅值，IL 为电感上的电流，K1为采样的放大倍数。
设置PI 为单零点—单极点补偿网络。
如下图所示：
因为系统的开关频率为100KHZ ，为了避免开关频率对控制环路的影响，穿越频率fci 必须远远小于开关频率，当然为了对系统动态响应的速度，我们希望fci 越大越好，在一般的开关电源中，fci 都小于开关频率的1/10，此处我们设置为开关频率的1/10，即10KHZ 。
补偿网络的传递函数为：211111()R C S G s R C S += , 由系统框图可以得系统的开环传递函数为：21211(1)11()1S R C S G S K R C S V SL
+=， 式中：Vs=5V ；L=15uH; K1=1/100; S=jw;代入上式，当fci=10KHz 时，2()G S =1，令补偿零点角频率1211w R C =在fci/2处，即121
1w R C ==5KHz ，经计算得11R C =62.710-⨯,21R C =4210-⨯,所以
21R R =74，令1R =1K ，得2R =74K ，1C =2.7 nf, 代入得开环传递函数为：224
5000()/10S G S S -+=，经MATLAB 画出BODE 图如下： 从上图可以看出，在(1/2)fci 频率处，开环传递函数的斜率由-40dB 变成-20dB ，可以达到较快的动态响应，由于传递函数以-20dB 的斜率穿越0dB 线，也可以获得足够的相位裕量（64度）。
同时由于从0Hz~(1/2)fci 之间，开环传递函数以-40dB 斜率衰减，可以获得很高的静态增益，从而使得静态误差非常
的小。
根据乃奎斯特环路稳定性判据，系统是稳定的，设计也合理。
二、电压环的设计
在电压环的设计中，电流环可视为控制对象的一个环节，因此先得求取电流控制环的闭环传递函数，由前面的电流控制环的开环传递函数2245000()/10S G S S -+=得闭环传递函数为：3245000()/105000
S G S S S -+=
++，同理MATLAB 得其BODE 图如下：
根据该闭环传递函数的BODE 图，为了便于分析我们用传递函数441()1/10G S S =+近邻代替它来处理，4()G S 的BODE 图如下所示： 再根据整个电路，可以得电压环控制系统的构图如下 ：
框图中Vref 为系统给定电压（2.5V ）,CA 电流环控制单元，K2为输出电压采样放大倍数，Vo 为输出电压，1/SC 为输出阻抗。
PI 调节器采用与电流环结构一样的单极点—单零点补偿网络，如下图所示：
由于在fci 以下，电流环增益为1，相位为0，在电压环的设计中，电流环为单位1，为了使整个系统得到较高的中频带宽，设电压环的穿越频率fcv=1KHz,电压环PI 补偿零点角频率242
1w R C ==(1/2)fcv,设计方法与电流环的设计一样： 在f<fci 下，系统的传递函数为：42532(1)1()2R C S G S K R C S SC +=
， 其中K2=2.5/12=1/4.8,C=4700uf, S=jw ，当fcv=1KHz 时，5()G jw =1，代入计算得42R C =1/500，32R C =59.9110-⨯，所以43
R R =20，取3R =1K ，4R =20K ，2C =0.1uf,将计算结果代入523500()/(1.1210)
S G S S -+=⨯，得BODE 图如下： 由此得出的结果与电流环控制环类似，系统是稳定的。
当f>fci 时，把整个电流环加入系统中，得整个电压环的开环传递函数为：
62345001()/(1.1210)1/10
S G S S S -+=⨯+，得到BODE 图如下： 由整个BODE 图可知，系统在0—500Hz 时以-40dB 斜率下降，具有较高的静态增益，从而使得静态误差非常的小，在(1/2)fcv(500Hz)频率处，开环传递函数的斜率由-40dB 变成-20dB ，并以-20dB 的斜率穿越0dB 线，可以获得足够的相位裕量58度。
当f>fci 时，开环传递函数的以-40dB 斜率下降，从而系统有较大的抗干扰能力。