數(shù)字控制全橋軟開關(guān)電源的Saber仿真分析

圖6 移相原理。

圖7所示為實(shí)現(xiàn)移相過程的Saber模型，由z_pulse模塊產(chǎn)生固定頻率、占空比為50%的PWM信號，該信號與系統(tǒng)超前臂的驅(qū)動時序一致。圖中switchpwm1模塊相當(dāng)于一個多路開關(guān)，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(shù)k (由z_ dc模塊產(chǎn)生) ,經(jīng)過延時模塊所設(shè)定的保持時間t后，所減結(jié)果再減去常數(shù)k,相減后的結(jié)果傳送到移相模塊shiftpwm1。

圖7 移相PWM調(diào)制模型。

switchpwm1和shiftpwm1兩個模塊都是通過Saber與Simulink協(xié)同工作的，它們通過調(diào)用S 2fuctiON來實(shí)現(xiàn)具體功能。將S函數(shù)樣本文件中的sys =mdlOutputs( t, x, u)作簡單修改即可。

3 仿真結(jié)果

系統(tǒng)輸入直流電壓為580 V,工作頻率20 kHz,開關(guān)管并聯(lián)電容c1~c4取47 nF,設(shè)定漏感l(wèi)r = 10μH,比例參數(shù)Kp = 1,積分參數(shù)Ki = 0. 15,輸出濾波電感l(wèi)o1 = lo2 = 0. 5μH,濾波電容co = 82 mF,變壓器匝數(shù)比n = 10.設(shè)定負(fù)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(guān)管驅(qū)動波形圖

圖8所示為開關(guān)管的驅(qū)動波形圖。q1和q3為超前臂開關(guān)管，互補(bǔ)導(dǎo)通180°(具有一定的死區(qū)時間) , q2和q4為滯后臂開關(guān)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(tǒng)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(guān)管q1和滯后臂開關(guān)管q2的導(dǎo)通和關(guān)斷情況。

為便于分析，將驅(qū)動電壓ugs1 和ugs2 放大30 倍。

圖10 開關(guān)管q1、q2的導(dǎo)通和關(guān)斷情況。

從圖10中可以看出，無論開關(guān)管q1和q2,在導(dǎo)通之前，D、S兩端的電壓uds已降為零，說明開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電壓導(dǎo)通;在開關(guān)管關(guān)斷之后， uds開始線性上升，說明開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。

圖11 輸出電壓電流波形。

圖11所示為本仿真系統(tǒng)的輸出電壓和電流波形。由該結(jié)果可知，在112 ms左右輸出電壓達(dá)到12V穩(wěn)態(tài)值，輸出電流達(dá)到5 000 A穩(wěn)態(tài)值。電壓波形超調(diào)量小于0124 V,電流波形超調(diào)量小于100 A,滿足電壓上下波動2%的性能指標(biāo)。

4 結(jié)論

通過仿真研究清楚的了解大功率開關(guān)電源系統(tǒng)的工作過程和工作特性，為數(shù)字電源的開發(fā)提供了重要參考依據(jù)，并能有效節(jié)省開發(fā)成本，縮短研發(fā)周期。