恒定功率負載 (CPL) 存在于電動汽車、電信設(shè)備、電力電子設(shè)備等各種應(yīng)用中。這些 CPL 是無論施加的電壓或電流如何變化都保持恒定功耗的電氣負載。與呈現(xiàn)恒定電阻的電阻負載不同，CPL 具有隨電壓或電流變化而變化的動態(tài)阻抗，即，當(dāng)負載兩端的電壓降低時，它會吸收更多電流來補償并保持恒定功率水平。

相反，當(dāng)電壓增加時，負載消耗更少的電流來維持相同的功率水平。例如。電動汽車中的電機驅(qū)動系統(tǒng)充當(dāng)恒定功率負載，當(dāng)車輛加速或爬坡時，功率需求保持恒定，但從電池汲取的電流會增加。在各種應(yīng)用中，特別是在電信電源應(yīng)用中，DC/DC 轉(zhuǎn)換器用于為 CPL 供電。

圖1：CPL的負阻抗特性

這些 CPL 對這些 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性提出了巨大的挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)它們表現(xiàn)出負阻抗特性時。在傳統(tǒng)的直流-直流轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓通過調(diào)節(jié)饋入轉(zhuǎn)換器柵極端子的開關(guān)信號的占空比來調(diào)節(jié)。當(dāng)負載是純電阻性或具有正阻抗特性時，這種控制機制工作良好。但在具有負阻抗特性的 CPL 中，轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路難以維持穩(wěn)定的輸出電壓調(diào)節(jié)。這進一步導(dǎo)致電壓出現(xiàn)尖峰、下降和紋波。

穩(wěn)定電信基站收發(fā)器系統(tǒng) (BTS) 的 DC/DC 全橋

在電信行業(yè)中，基站收發(fā)站 (BTS) 在保持移動網(wǎng)絡(luò)正常運行并在其控制區(qū)域內(nèi)發(fā)揮著重要作用。BTS 負責(zé)網(wǎng)絡(luò)和用戶設(shè)備（UE）（通常是智能手機）之間的無線電信號傳輸。必須保持 BTS 的不間斷供電，以便該區(qū)域保持在移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)。

傳統(tǒng)的 DC/AC/DC 由于其復(fù)雜性而不適用于此應(yīng)用。因此，全橋或半橋拓撲 (FB/HB) 用于不同的電信應(yīng)用，因為它只需要一個隔離變壓器，并且更容易與太陽能等可再生能源集成。FB/HB 拓撲的缺點是它們具有更多的開關(guān)器件。由于電信負載是具有負阻抗特性的CPL，供應(yīng)商單元和上游轉(zhuǎn)換器具有顯著的不穩(wěn)定影響。

為了提高這些轉(zhuǎn)換器在為 CPL 供電時的電壓調(diào)節(jié)能力，已經(jīng)進行了大量研究。這些研究通常涉及基于數(shù)據(jù)的控制器的設(shè)計，這些控制器的設(shè)計考慮了理想的系統(tǒng)操作。盡管如此，這些控制器仍無法在干擾和動態(tài)變化下穩(wěn)定系統(tǒng)，特別是在電力電子系統(tǒng)中存在非理想時變 CPL 的情況下，這在 5G 電信應(yīng)用中使用的 FB/HB 拓撲中很常見。

為了適應(yīng)干擾和動態(tài)變化，可以使用無模型學(xué)習(xí)方法。這些模型使用無模型強化學(xué)習(xí) (RL)，其中控制器不需要知道轉(zhuǎn)換器或負載的確切模型。相反，它通過反復(fù)試驗來學(xué)習(xí)控制轉(zhuǎn)換器。盡管這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠在不與模型交互的情況下生成控制系數(shù)，但也存在一些缺點，這些控制器難以調(diào)試，并且無法有效地處理操作條件的所有突然變化。

在“用于穩(wěn)定饋送恒定功率負載的全橋轉(zhuǎn)換器的魯棒人工智能控制器”一文中，作者提出了一種魯棒控制器來有效控制表現(xiàn)出負阻抗特性的 CPL 的電源。所提出的控制器基于深度強化學(xué)習(xí)（DRL），這是一種機器學(xué)習(xí)技術(shù)，可以根據(jù)經(jīng)驗學(xué)習(xí)控制復(fù)雜系統(tǒng)。該控制器使用具有兩個隱藏層的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (DNN) 來實現(xiàn)。DNN 的輸入層接收轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)變量，輸出層生成控制信號。DNN 使用基于獎勵的強化學(xué)習(xí)算法（稱為軟演員批評家 (SAC)）進行訓(xùn)練。

SAC算法是使用模擬環(huán)境進行訓(xùn)練的，該模擬環(huán)境是全橋變換器和恒功率負載的數(shù)學(xué)模型。SAC 算法經(jīng)過訓(xùn)練，可在有限范圍內(nèi)化預(yù)期獎勵。為了評估所設(shè)計的控制器的可行性，我們檢查了兩種情況：直流電源的變化和 CPL 功率的變化。還進行了硬件在環(huán) (HiL) 檢查，以實時檢查控制器的性能。將仿真結(jié)果與 PI 控制器和模型預(yù)測控制 (MPS) 控制器進行比較。與 PI 和 MPC 控制器相比，所提出的控制器在超調(diào)和響應(yīng)時間方面提供了更好的動態(tài)結(jié)果。

結(jié)論

幾乎所有新時代應(yīng)用中都存在恒定功率負載。為了使這些 CPL 高效運行，需要轉(zhuǎn)換器即使在負載表現(xiàn)出負阻抗特性時也能在很寬的電壓范圍內(nèi)提供恒定功率。這只能通過強大的控制器來實現(xiàn)，該控制器能夠?qū)崟r適應(yīng)動態(tài)變化并持續(xù)提供無紋波、驟降和尖峰的電力。本文概述了所使用的各種控制技術(shù)。此外，它還詳細介紹了基于 SAC-DRL 的控制器，該控制器在控制電信 CPL 時的動態(tài)性能優(yōu)于基于 PI 和 MPS 的控制器。