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

峰值電流型控制方式

圖1 開關電源系統結構圖

圖2 系統控制數學模型

開關電源功率開關器件導通電流等內部變量的瞬態值具有相對獨立性，只有直接控制電流瞬態峰值，才能有效快速地保護功率開關器件，同時克服全橋變換器的偏磁問題，提高其動態反應速度和可靠性，因此，本系統采用峰值電流控制模式。峰值電流型控制模式開關電源的系統結構圖見圖1所示，系統控制數學模型見圖2所示。

PI調節器建模

PI調節是控制系統中最成熟，應用范圍最廣的一種調節方式，離散型PI控制器表達式為：

采用峰值電流模式控制的系統，當占空比大于0.5時，會產生不穩定現象，采用斜坡補償可以改善系統性能，增加系統穩定性。依據其他資料，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調節器輸出的偏移量；Kp為PI調節器的比例系數；T為采樣周期；Ti為PI調節器積分時間；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調節器輸出的偏移量；E（k-1）為第k-1次采樣的偏差值；Ki為PI調節器的積分參數。

PI調節器模型見圖3所示，其實現過程為：

AD電壓采樣環節由一個模數轉換接口“a2z”實現，采樣值為Z0（k），電壓基準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次結果U（k-1）相加可得第K次采樣結果U（k）。

圖3 峰值電流型控制原理圖

電流環控制采用P調節，其實現過程為：霍爾電流傳感器采樣之后，由模數轉換接口將采樣值轉換為離散信號，經過一定倍數的放大之后，進行斜坡補償。斜坡補償環節由"z_pulse"模塊依據前述補償法則產生一定頻率一定斜率的三角波實現。

經過斜坡補償的電流信號與電壓PI調節產生的結果相比較得到最終的誤差調整值，最后由比較模塊"zcmp"構成飽和環節，用于防止輸出的移相值超出所能達到的移相范圍。

移相全橋PWM波形調制

圖4 移相原理

Saber和Simulink之間可以實現協同仿真，這樣可以發揮Simulink在軟件算法方面的優勢，通過自定義S函數產生移相PWM信號。以Saber為主機，調用Simulink，兩者以固定時間步長交換數據。

圖4所示為移相PWM脈沖實現原理圖。其主要原理為：當所對應的前驅動波形跳變為高時，由數字PI控制器得出的移相值U（k）在遠小于周期的定時間減去一定常數k，當差值為零時產生一對與所對應前橋臂驅動等寬的脈沖波，圖中所示t即為移相時間。

圖5 移相PWM調制模型

圖5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”。

“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S2fuctiON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。

在看過本文之后，大家是否對Saber仿真當中的數字控制器建模有了進一步的了解呢？本文對于數字控制器的建模介紹的非常詳細，大家如果感興趣，可根據文中給出的步驟與原理自行進行數字控制器建模的搭建，溫習文中知識的同時也能增強動手能力，關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的數字全橋開關主電路模擬