手把手教你学Simulink——基于 PWM 加相移混合控制的双向 DC-DC 变换器仿真

目录手把手教你学Simulink——基于 PWM 加相移混合控制的双向 DC-DC 变换器仿真摘要Abstract1. 引言1.1 研究背景1.2 本文目标2. 混合控制机理2.1 拓扑选择双有源桥DAB2.2 混合控制自由度3. Simulink 主电路建模3.1 参数设置3.2 关键模块4. PWM 相移混合调制实现4.1 原边 PWM 控制4.2 副边相移控制4.3 控制逻辑结构5. 闭环控制策略设计5.1 电压外环5.2 混合控制解算6. 仿真结果与分析6.1 宽电压适应能力6.2 回流功率对比6.3 软开关表现7. 工程优势总结7.1 混合控制的核心优势7.2 适用场景8. 结论参考文献致谢手把手教你学Simulink——基于 PWM 加相移混合控制的双向 DC-DC 变换器仿真摘要在双向 DC-DC 变换器中单一控制方式往往难以兼顾宽电压范围、高效率与低电流应力。PWM 控制适合降压/升压调节但开关损耗大相移控制Phase Shift适合隔离型拓扑但在电压不匹配时回流功率高。本文将PWM 调制与相移控制有机结合以双有源桥DAB为基础在 Simulink 中实现PWM 相移混合控制策略。仿真结果表明该混合控制可在宽电压增益下同时实现低回流功率、低电流应力与全负载软开关显著提升系统综合性能。关键词​ 双向 DC-DC双有源桥PWM相移控制混合控制SimulinkAbstractIn bidirectional DC-DC converters, a single control method often fails to balance wide voltage range, high efficiency, and low current stress simultaneously. PWM control is effective for voltage regulation but suffers from high switching loss, while phase-shift control is suitable for isolated topologies but introduces high circulating power under voltage mismatch conditions.This paper integrates PWM modulation with phase-shift control and implements a hybrid control strategy on a Dual Active Bridge (DAB) converter in Simulink. Simulation results show that the proposed method achieves low circulating power, low current stress, and full-load soft switching under wide voltage gain conditions, significantly improving overall system performance.Keywords:​ Bidirectional DC-DC; Dual Active Bridge; PWM; Phase Shift Control; Hybrid Control; Simulink1. 引言1.1 研究背景控制方式优点缺点PWM调压能力强开关损耗大相移SPS软开关易实现电压不匹配时回流功率大TPS优化空间大控制复杂混合控制 取长补短1.2 本文目标在 Simulink 中实现原边 PWM 副边相移验证宽电压范围性能对比单一控制与混合控制2. 混合控制机理2.1 拓扑选择双有源桥DABVin ── H1 ── Lk ── T ── H2 ── Vo2.2 混合控制自由度控制变量作用D原边 PWM 占空比调压ϕ桥间相移角传能功率传输近似表达P∝D⋅ϕ⋅(1−ϕ)✅ D 负责电压匹配✅ ϕ 负责功率调节3. Simulink 主电路建模3.1 参数设置fs 100e3; % 开关频率 Vin 400; % 输入电压 Vo 200 ~ 600; % 宽电压输出 n 2; % 变压器变比 Lk 30e-6; % 漏感3.2 关键模块Universal Bridge ×2Transformern, Lm 很大Series RLCCo RLCurrent / Voltage SensorsSolverode23tbMax step size1e-7 s4. PWM 相移混合调制实现4.1 原边 PWM 控制使用PWM Generator占空比 D ∈ [0.3, 0.7]用于调节原边等效电压4.2 副边相移控制副边桥固定 50% 占空比通过 ϕ 调节功率流向与大小4.3 控制逻辑结构┌────────┐ Vin ─────▶│ DAB │───▶ Vo └──┬─────┘ │ ┌────▼────┐ │ Voltage │ │ PI │ └──┬──┬───┘ │ │ D ϕ5. 闭环控制策略设计5.1 电压外环采样 Vo与 Vref 比较PI 输出 → 功率指令5.2 混合控制解算简化解算逻辑工程可用if abs(Vin - n*Vo) delta D 0.5; else D 0.5 k*(Vin - n*Vo); end phi f(P_ref, D);6. 仿真结果与分析6.1 宽电压适应能力工况控制方式结果Vin400, Vo200PWMϕ✅ 稳定Vin400, Vo600PWMϕ✅ 稳定单一 SPS❌ 回流功率大—6.2 回流功率对比控制方式回流功率SPS高PWM 相移明显降低TPS最低✅ 混合控制显著优于 SPS✅ 复杂度低于 TPS6.3 软开关表现原边 ZVS✅副边 ZVS✅轻载仍维持✅7. 工程优势总结7.1 混合控制的核心优势✅宽电压适应能力更强​✅回流功率与电流应力更低​✅软开关范围更宽​✅控制复杂度适中​7.2 适用场景储能系统电池宽 SOC 范围电动汽车双向充放电直流微电网互联8. 结论本文基于 Simulink 实现了 PWM 加相移混合控制的双向 DC-DC 变换器仿真。通过合理分配 PWM 占空比与相移角的控制功能显著提升了系统在宽电压范围下的综合性能。仿真结果表明该混合控制策略在效率、电流应力与软开关实现方面均优于传统单一控制方式具有良好的工程应用前景。参考文献[1] Zhao B, Song Q, Liu W. Power Characterization of Isolated Bidirectional Full-Bridge DC–DC Converter[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2010.[2] Hou N, Song W, Wu M. Minimum-Current-Stress Scheme of Dual Active Bridge DC–DC Converter With Unified Phase-Shift Control[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2016.[3] MathWorks. Dual Active Bridge DC-DC Converter[EB/OL].