數字控制全橋軟開關電源的Saber仿真分析

圖6 移相原理。

圖7所示為實現移相過程的Saber模型，由z_pulse模塊產生固定頻率、占空比為50%的PWM信號，該信號與系統超前臂的驅動時序一致。圖中switchpwm1模塊相當于一個多路開關，其工作過程為：在超前臂脈沖由低變高時，接通輸入端，采樣反饋的偏移量，然后立刻脈沖模塊由高變低接通有離散保持作用的延時模塊zdelay,最后通過減法模塊zsub減去固定常數k (由z_ dc模塊產生) ,經過延時模塊所設定的保持時間t后，所減結果再減去常數k,相減后的結果傳送到移相模塊shiftpwm1。

圖7 移相PWM調制模型。

switchpwm1和shiftpwm1兩個模塊都是通過Saber與Simulink協同工作的，它們通過調用S 2fuctiON來實現具體功能。將S函數樣本文件中的sys =mdlOutputs( t, x, u)作簡單修改即可。

3 仿真結果

系統輸入直流電壓為580 V,工作頻率20 kHz,開關管并聯電容c1~c4取47 nF,設定漏感lr = 10μH,比例參數Kp = 1,積分參數Ki = 0. 15,輸出濾波電感lo1 = lo2 = 0. 5μH,濾波電容co = 82 mF,變壓器匝數比n = 10.設定負載為2. 4 m歐，輸出電壓vo = 12 V,輸出電流io = 5 000 A.

圖8 開關管驅動波形圖

圖8所示為開關管的驅動波形圖。q1和q3為超前臂開關管，互補導通180°(具有一定的死區時間) , q2和q4為滯后臂開關管，它們分別對q1和q3有一定的移相時間。

圖9所示為變壓器原邊電壓和電流波形，分析可得，該仿真系統的原邊電壓與電流波形與移相控制全橋ZVS2PWM變換器的工作原理是一致的。

圖9 變壓器原邊電壓與電流波形

圖10所示為輸出為12 V /5 000 A時，超前臂開關管q1和滯后臂開關管q2的導通和關斷情況。

為便于分析，將驅動電壓ugs1 和ugs2 放大30 倍。

圖10 開關管q1、q2的導通和關斷情況。

從圖10中可以看出，無論開關管q1和q2,在導通之前，D、S兩端的電壓uds已降為零，說明開關管實現了零電壓導通;在開關管關斷之后， uds開始線性上升，說明開關管實現了零電壓關斷。

圖11 輸出電壓電流波形。

圖11所示為本仿真系統的輸出電壓和電流波形。由該結果可知，在112 ms左右輸出電壓達到12V穩態值，輸出電流達到5 000 A穩態值。電壓波形超調量小于0124 V,電流波形超調量小于100 A,滿足電壓上下波動2%的性能指標。

4 結論

通過仿真研究清楚的了解大功率開關電源系統的工作過程和工作特性，為數字電源的開發提供了重要參考依據，并能有效節省開發成本，縮短研發周期。