Saber是目前為止在電子電路設(shè)計領(lǐng)域中最為常見，也是功能最為強大的仿真軟件。很多設(shè)計者都利用其在最終產(chǎn)品完成之前進(jìn)行一定程度的方針模擬，這樣不僅節(jié)約了時間，還能最大程度的減少因為設(shè)計錯誤而導(dǎo)致的器件成本浪費。在本文當(dāng)中，小編將為大家介紹在使用Saber時如何對數(shù)字控制器進(jìn)行建模。

峰值電流型控制方式

圖1 開關(guān)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)控制數(shù)學(xué)模型

開關(guān)電源功率開關(guān)器件導(dǎo)通電流等內(nèi)部變量的瞬態(tài)值具有相對獨立性，只有直接控制電流瞬態(tài)峰值，才能有效快速地保護功率開關(guān)器件，同時克服全橋變換器的偏磁問題，提高其動態(tài)反應(yīng)速度和可靠性，因此，本系統(tǒng)采用峰值電流控制模式。峰值電流型控制模式開關(guān)電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1所示，系統(tǒng)控制數(shù)學(xué)模型見圖2所示。

PI調(diào)節(jié)器建模

PI調(diào)節(jié)是控制系統(tǒng)中最成熟，應(yīng)用范圍最廣的一種調(diào)節(jié)方式，離散型PI控制器表達(dá)式為：

采用峰值電流模式控制的系統(tǒng)，當(dāng)占空比大于0.5時，會產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，采用斜坡補償可以改善系統(tǒng)性能，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。依據(jù)其他資料，在控制工程實踐中，斜坡補償電壓的上升率一般設(shè)計為輸出電感電流檢測信號下降率折算值的70%~80%。

式（1）中：k為采樣序號；U（k）為第K次采樣時PI調(diào)節(jié)器輸出的偏移量；Kp為PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；T為采樣周期；Ti為PI調(diào)節(jié)器積分時間；E（k）為第k次采樣的偏差值。由式（1）可推出其離散PI增量式為：

式（2）中：U（k-1）為第k-1次采樣時PI調(diào)節(jié)器輸出的偏移量；E（k-1）為第k-1次采樣的偏差值；Ki為PI調(diào)節(jié)器的積分參數(shù)。

PI調(diào)節(jié)器模型見圖3所示，其實現(xiàn)過程為：

AD電壓采樣環(huán)節(jié)由一個模數(shù)轉(zhuǎn)換接口“a2z”實現(xiàn)，采樣值為Z0（k），電壓基準(zhǔn)Zref由給定信號模塊“zdata”提供，兩者的差值為誤差項E（k）；利用放大模塊“zamp”將偏差值E（k）放大積分系數(shù)Ki倍，可得積分修正量ΔI（k）；將偏差值E（k）通過減法模塊“zsub”減去由延遲模塊“zdelay”所保持的第k-1次的偏差值E（k-1），再用放大模塊將上述差值放大比例參數(shù)Kp倍，可得比例矯正值為ΔP（k）；最后由加法模塊“zadd”將積分修正量ΔI（k），比例修正量ΔP（k），以及由延遲模塊所保持的第k-1次結(jié)果U（k-1）相加可得第K次采樣結(jié)果U（k）。

圖3 峰值電流型控制原理圖

電流環(huán)控制采用P調(diào)節(jié)，其實現(xiàn)過程為：霍爾電流傳感器采樣之后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換接口將采樣值轉(zhuǎn)換為離散信號，經(jīng)過一定倍數(shù)的放大之后，進(jìn)行斜坡補償。斜坡補償環(huán)節(jié)由"z_pulse"模塊依據(jù)前述補償法則產(chǎn)生一定頻率一定斜率的三角波實現(xiàn)。

經(jīng)過斜坡補償?shù)碾娏餍盘柵c電壓PI調(diào)節(jié)產(chǎn)生的結(jié)果相比較得到最終的誤差調(diào)整值，最后由比較模塊"zcmp"構(gòu)成飽和環(huán)節(jié)，用于防止輸出的移相值超出所能達(dá)到的移相范圍。

移相全橋PWM波形調(diào)制

圖4 移相原理

Saber和Simulink之間可以實現(xiàn)協(xié)同仿真，這樣可以發(fā)揮Simulink在軟件算法方面的優(yōu)勢，通過自定義S函數(shù)產(chǎn)生移相PWM信號。以Saber為主機，調(diào)用Simulink，兩者以固定時間步長交換數(shù)據(jù)。

圖4所示為移相PWM脈沖實現(xiàn)原理圖。其主要原理為：當(dāng)所對應(yīng)的前驅(qū)動波形跳變?yōu)楦邥r，由數(shù)字PI控制器得出的移相值U（k）在遠(yuǎn)小于周期的定時間減去一定常數(shù)k，當(dāng)差值為零時產(chǎn)生一對與所對應(yīng)前橋臂驅(qū)動等寬的脈沖波，圖中所示t即為移相時間。

圖5 移相PWM調(diào)制模型

圖5所示為實現(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”。

“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S2fuctiON來實現(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。

在看過本文之后，大家是否對Saber仿真當(dāng)中的數(shù)字控制器建模有了進(jìn)一步的了解呢？本文對于數(shù)字控制器的建模介紹的非常詳細(xì)，大家如果感興趣，可根據(jù)文中給出的步驟與原理自行進(jìn)行數(shù)字控制器建模的搭建，溫習(xí)文中知識的同時也能增強動手能力，關(guān)于主電路的搭建方法，可點擊下方的拓展閱讀來了解。

基于Saber的數(shù)字全橋開關(guān)主電路模擬