基于SABER軟件的數字控制電源系統的仿真設計

本仿真實例的主電路采用同步整流有源箝位正激變換器，控制方法為電壓單環控制。系統結構見圖4所示。Vin為輸入直流電壓，S1和S2分別為正激變換器的主管和箝位管，C_c為箝位電容，Tr為變壓器，SR1和SR2為變換器副邊的同步管，Lf和Cf組成輸出濾波環節，Ro為電阻負載。當S1和SR1導通時，能量從原邊傳遞到副邊，經過整流、濾波后得到直流輸出電壓；當S2和SR2導通時，變壓器通過箝位電容實現磁復位，副邊經過SR2續流。數字處理器對輸出電壓進行采樣，根據內部提供的電壓基準進行電壓環調節，電壓環的輸出改變PWM驅動信號的占空比，從而改變四個開關管的導通時間，最終使輸出電壓穩定。

圖4　系統結構圖

下面是采用Saber軟件實現的建模仿真過程。主要參數如下：輸入為48VDC，輸出為3.3V/20A，開關頻率為300KHz，DSP的采樣頻率為50KHz，所選用DSP芯片的工作頻率為32MHz。

主電路部分采用仿真庫中的模擬元器件構成。輸入為48V直流電壓源，主管S1和箝位管S2及副邊兩同步管均為理想的N溝道MOSFET，箝位電容C_c為2.2uF，變壓器匝比為4：1，濾波電感為1uH，濾波電容為300uF。控制部分的離散化仿真模型可以根據圖2和圖3所給出的框圖得到。首先，AD采樣環節由一個模數轉換接口“a2z”實現。電壓基準為一個Z域給定信號。以上兩者的差值為誤差項。然后分別由Z域的增益、加法器、比較器（用于積分限幅）和延遲等元件按照圖3中的連接方法構成整個PI計算環節。最后，將PI計算的輸出分別增加和減少一個微小量后與一個頻率為300KHz的三角波相交截，產生帶有死區的PWM互補輸出，經過數模轉換接口“z2a”后變成電壓值，再通過壓控電壓源實現兩路信號的放大和電氣隔離，而后分別作為主電路中變壓器原邊主管與箝位管以及副邊兩同步管的驅動信號。電源系統的整體仿真電路圖見圖5所示。仿真電路中除增益之外的大多數Z域元件都需要一個Z域采樣脈沖信號進行控制，本例中采樣頻率設為50KHz。另外，三角波發生器由一個Z域脈沖源實現，它的控制信號頻率應為DSP芯片的工作頻率32MHz，輸出的三角波頻率為300KHz。

圖5　數字控制模塊電源仿真電路