數字控制全橋軟開(kāi)關(guān)電源的Saber仿真分析

圖6 移相原理。

圖7所示為實(shí)現移相過(guò)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，該信號與系統超前臂的驅動(dòng)時(shí)序一致。圖中switchpwm1模塊相當于一個(gè)多路開(kāi)關(guān)，其工作過(guò)程為：在超前臂脈沖由低變高時(shí)，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(shí)模塊zdelay,最后通過(guò)減法模塊zsub減去固定常數k (由z_ dc模塊產(chǎn)生) ,經(jīng)過(guò)延時(shí)模塊所設定的保持時(shí)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(gè)模塊都是通過(guò)Saber與Simulink協(xié)同工作的，它們通過(guò)調用S 2fuctiON來(lái)實(shí)現具體功能。將S函數樣本文件中的sys =mdlOutputs( t, x, u)作簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)管并聯(lián)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(kāi)關(guān)管驅動(dòng)波形圖

圖8所示為開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)波形圖。q1和q3為超前臂開(kāi)關(guān)管，互補導通180°(具有一定的死區時(shí)間) , q2和q4為滯后臂開(kāi)關(guān)管，它們分別對q1和q3有一定的移相時(shí)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(shí)，超前臂開(kāi)關(guān)管q1和滯后臂開(kāi)關(guān)管q2的導通和關(guān)斷情況。

為便于分析，將驅動(dòng)電壓ugs1 和ugs2 放大30 倍。

圖10 開(kāi)關(guān)管q1、q2的導通和關(guān)斷情況。

從圖10中可以看出，無(wú)論開(kāi)關(guān)管q1和q2,在導通之前，D、S兩端的電壓uds已降為零，說(shuō)明開(kāi)關(guān)管實(shí)現了零電壓導通;在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷之后， uds開(kāi)始線(xiàn)性上升，說(shuō)明開(kāi)關(guān)管實(shí)現了零電壓關(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(tài)值，輸出電流達到5 000 A穩態(tài)值。電壓波形超調量小于0124 V,電流波形超調量小于100 A,滿(mǎn)足電壓上下波動(dòng)2%的性能指標。

4 結論

通過(guò)仿真研究清楚的了解大功率開(kāi)關(guān)電源系統的工作過(guò)程和工作特性，為數字電源的開(kāi)發(fā)提供了重要參考依據，并能有效節省開(kāi)發(fā)成本，縮短研發(fā)周期。