数字控制全桥软开关电源的Saber仿真分析
来源： 作者： 发布时间：2015-04-13 10:47:45 浏览量：
图5峰值电流型控制原理图
电流环控制采用P调节，其实一体电感现过程为：霍尔电流传感器采样之后，由模数转换接口将采样值转换为离散信号，经过一定倍数的放大之后，进行斜坡补偿。斜坡补偿环节由"z_pulse"模块依据前述补偿法则产生一定频率一定斜率的三角波实现。
经过斜坡补偿的电流信号与电压P I调节产生的结果相比较得到最终的误差调整值，最后由比较模块"zcmp"构成饱和环节，用于防止输出的移相值超出所能达到的移相范围。
2.3 移相全桥PWM 波形调制
Saber和Simulink之间可以实现协同仿真，这样可以发挥Simulink在软件算法方面的优势，通过自定义S函数产生移相PWM信号。以Saber为主机，调用Simulink,两者以固定时间步长交换数据。
图6所示为移相PWM脉冲实现原理图。其主要原理为：当所对应的前驱动波形跳变为高时，由数字P I控制器得出的移相值U ( k)在远小于周期的定时间减去一定常数k,当差值为零时产生一对与所对应前桥臂驱动等宽的脉冲波，图中所示t即为移相时间。
图6 移相原理。
图7所示为实现移相过程的Saber模型，由"z_pulse"模块产生固定频率、占空比为50%的PWM信号，该信号与系统超前臂的驱动时序一致。图中"switchpwm1"贴片电感器模块相当于一个多路开关，其工作过程为：在超前臂脉冲由低变高时，接通输入端，采样反馈的偏移量，然后立刻脉冲模块由高变低接通有离散保持作用的延时模块"zdelay",最后通过减法模块"zsub"减去固定常数k (由"z_ dc"模块产生) ,经过延时模块所设定的保持时间t后，所减结果再减去常数k,相减后的结果传送到移相模块"shiftpwm1"。
图7 移相PWM调制模型。
"switchpwm1"和"shiftpwm1"两个模块都是通过Saber与Simulink协同工作的，它们通过调用S 2fuctiON来实现具体功能。将S函数样本文件中的sys =mdlOutputs( t, x, u)作简单修改即可。
3 仿真结果
系统输入直流电压为580 V,工作频率20 kHz,开关管并联电容c1~c4取47 nF,设定漏感lr = 10μH,比例参数Kp = 1,积分参数Ki = 0. 15,输出滤波电感lo1 = lo2 = 0. 5μH,滤波电容co = 82 mF,变压器匝数比n = 10.设定负载为2. 4 m欧，输出电压vo = 12 V,输出电流io = 5 000 A.
图8 开关管驱动波形图
图8所示为开关管的驱动波形图。q1和q3为超前臂开关管，互补导通180°(具有一定的死区时间) , q2和q4为滞后臂开关管，它们分别对q1和q3有一定的移相时间。
图9所示为变压器原边电压和电流波形，分析可得，该仿真系统的原边电压与电流波形与移相控制全桥ZVS2PWM变换器的工作原理是一致的。
图9 变压器原边电压与电流波形
图10所示为输出为12 V /5 000 A时，超前臂开关管q1和滞后臂开关管q2的导通和关断情况。
为便于分析，将驱动电压ugs1 和ugs2 放大30 倍。
图10 开关管q1、q2的导通和关断情况。
从图10中可以看出，无论开关管q1和q2,在导通之前，D、S两端的电压uds已降为零，说明开关管实现了零电压导通;在开关管关断之后， uds开始线性上升，说明开关管实现了零电压关断。
图11 输出电压电流波形。
图11所示为本仿真系统的输出电压和电流波形。由该结果可知，在112 ms左右输出电压达到12V稳态值，输出电流达到5 000 A稳态值。电压波形超调量小于0124 V,电流电感线圈波形超调量小于100 A,满足电压上下波动2%的性能指标。
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