双管正激参数及控制环路的SABER仿真设计

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整流电路仿真saber

整流电路仿真saber

实验要求:整流电路,输入电压220V,50Hz;输出电压311V DC(相控和斩控输出电压250V)。

输出功率:500W。

(saber)一、仿真分析:单相桥式整流电路,带大电容滤波,4700uF。

比较分析不控整流,相控整流,PWM整流电路的输入电流THD和输入功率因数。

1.二极管不控整流电路硬件电路图搭建如下:输出电压波形如下:输入电压、电流波形:输入电流FFT分析:PF值计算如下:先求出电压电流相位差α,通过saber中的delay来观察从上图可以分析出,电压、电流基波相位基本一致cosα约为1,所以功率因数主要由THD决定。

由20lg(THD)=THD(SABER)得THD=1.93cosPF=α=0.462.相控整流电路硬件电路搭建如下:通过改变clock里面的start_delay时间来实现移相控制驱动信号波形:相控触发角模拟30°输出电压波形输入电压电流波形:输入电流FFT分析:PF值计算如下:由20lg(THD)=THD(SABER)得THD=1.99cosPF=α=0.448为了使输出电压达到250V,输出功率为500W,将电容改为120uF,负载变成125Ω输出电压如下:输入电压电流波形:输入电流FFT分析:PF值计算如下:由20lg(THD)=THD(SABER)得THD=0.92PF=α=0.74cos3.PWM整流电路硬件电路搭建如下:驱动PWM信号:输出电压波形如下:输入电压电流波形如下:输入电流FFT分析如下:PF值计算如下:由20lg(THD)=THD(SABER)得THD=0.419cosPF=α=0.923为了使输出电压达到250V,输出功率为500W,将电容改为120uF,负载变成125Ω输出电压如下:驱动PWM信号:输入电压电流波形:输入电流FFT分析:PF值计算如下:由20lg(THD)=THD(SABER)得THD=0.418cosPF=α=0.923二、仿真分析:单相不控整流电路,比较分析带大电容滤波和LC滤波电路下的输入功率因数。

双管正激参数及控制环路的S

双管正激参数及控制环路的S

双管正激参数及控制环路的S
引言
双管正激变换器开关管的电压应力等于输入电压,关断时也不会出现漏感尖峰,加上结构简单、可靠性高,在高输入电压的中、大功率场合得到广泛的应用。

在开关电源的设计过程中,控制环路设计的优劣关系到系统的稳定与否。

对于PWM变换器的控制环路,传统的方法使用状态空间平均法,求出小信号模型,来设计控制环路。

此方法计算量大,效率低,不利于工程应用。

SABER与其他仿真软件相比,具有更丰富的元件库和更精确的仿真描述能力,真实性更好。

特别是在电源领域的先天优势,借助其强大的仿真功能缩短电源产品的上市时间。

目前,用SABER软件设计控制环路尚不多见,基于此,提出用SABER仿真设计双管正激参数及控制环路。

1 电路结构。

SABER 环路计算,补偿和仿真

SABER 环路计算,补偿和仿真

BUCK 电路的环路计算,补偿和仿真Xia Jun 2010-8-14 本示例从简单的BUCK 电路入手,详细说明了如何进行电源环路的计算和补偿,并通过saber 仿真验证环路补偿的合理性。

一直以来,环路的计算和补偿都是开关电源领域的“难点”,很多做开关电源研发的工程师要么对环路一无所知,要么是朦朦胧胧,在产品的开发过程中,通过简单的调试来确定环路补偿参数。

而这种在实验室里调试出来的参数真的能满足各种实际的使用情况吗?能保证电源产品在高低温的情况下,在各种负载条件下,环路都能够稳定吗?能保证在负载跳变的情况下收敛吗?太多的未知数,这是产品开发的大忌。

我们必须明明白白的知道,环路的稳定性如何?相位裕量是多少?增益裕量是多少?高低温情况下这些值又会如何变化?在一些对动态要求非常严格的场合,我们如何折中考虑环路稳定性和动态响应之间的关系?有的放矢,通过明确的计算和仿真,我们的产品设计才是科学的,合理的,可靠的。

我们的目标是让产品经得起市场的检验,让客户满意,让自己放心。

一切从闭环系统的稳定性说起,在自动控制理论中,根据乃奎斯特环路稳定性判据,如果负反馈系统在穿越频率点的相移为180°,那么整个闭环系统是不稳定的。

很多人可能对这句话很难理解,虽然自动控制理论几乎是所有大学工科学生的必修课,可大部分是是抱着应付的态度的,学完就忘了。

那就再给大家讲解一下吧。

等式:V out=[Vin-V out*H(S)]*G(S)公式:Vout Vin G S ()1G S ()H S ()⋅+G(S)/(1+G(S)*H(S))就称之为系统的闭环传递函数,如果1+G(S)*H(S)=0,那么闭环系统的输出值将会无限大,此时闭环系统是不收敛的,也即是不稳定的。

G(S)*H(S)是系统的开环传递函数,当G(S)*H(S)=-1时,以S=j ω带入,即获得开环系统的频域响应为G(j ω)*H(j ω)=-1,此时频率响应的增益和相角分别为:gain =‖-1‖=1angle=tan -1(0/-1)=180°从上面的分析可以看出,如果扰动信号经过G(S)和H(S)后,模不变,相位改变180°,那么这个闭环系统就是不稳定的。

(整理)Saber仿真实例.

(整理)Saber仿真实例.

(整理)Saber仿真实例.Saber 仿真开关电源中变压器的Saber仿真辅助设计 (2)⼀、Saber在变压器辅助设计中的优势 (2)⼆、Saber 中的变压器 (3)三、Saber中的磁性材料 (7)四、辅助设计的⼀般⽅法和步骤 (9)1、开环联合仿真 (9)2、变压器仿真 (10)3、再度联合仿真 (11)五、设计举例⼀:反激变压器 (12)五、设计举例⼀:反激变压器(续) (15)五、设计举例⼀:反激变压器(续⼆) (19)Saber仿真实例共享 (26)6KW移相全桥准谐振软开关电焊电源 (27)问答 (28)开关电源中变压器的Saber仿真辅助设计经常在论坛上看到变压器设计求助,包括:计算公式,优化⽅法,变压器损耗,变压器饱和,多⼤的变压器合适啊?其实,只要我们学会了⽤Saber这个软件,上述问题多半能够获得相当满意的解决。

⼀、Saber在变压器辅助设计中的优势1、由于Saber相当适合仿真电源,因此对电源中的变压器营造的⼯作环境相当真实,变压器不是孤⽴地被防真,⽽是与整个电源主电路的联合运⾏防真。

主要功率级指标是相当接近真实的,细节也可以被充分体现。

2、Saber的磁性材料是建⽴在物理模型基础之上的,能够⽐较真实的反映材料在复杂电⽓环境中的表现,从⽽可以使我们得到诸如⽓隙的精确开度、抗饱和安全余量、磁损这样⼀些⽤平常⼿段很难获得的宝贵设计参数。

3、作为⼀种⾼性能通⽤仿真软件,Saber并不只是针对个别电路才奏效,实际上,电⼒电⼦领域所有电路拓扑中的变压器、电感元件,我们都可以把他们置于真实电路的仿真环境中来求解。

从⽽放弃⼤部分繁杂的计算⼯作量,极⼤地加快设计进程,并获得⽐⼿⼯计算更加合理的设计参数。

saber⾃带的磁性器件建模功能很强⼤的,可以随意调整磁化曲线。

但⼀般来说,⽤mast模型库⾥⾃带的模型就⾜够了。

⼆、Saber 中的变压器我们⽤得上的 Saber 中的变压器是这些:(实际上是我只会⽤这些分别是:xfrl 线性变压器模型,2~6绕组xfrnl ⾮线性变压器模型,2~6绕组单绕组的就是电感模型:也分线性和⾮线性2种线性变压器参数设置(以2绕组为例):其中:lp 初级电感量ls 次级电感量np、ns 初级、次级匝数,只是显⽰⽤,不是真参数,可以不设置rp、rs 初级、次级绕组直流电阻值,默认为0,实际应该是该绕组导线的实测或者计算电阻值,在没有得到准确数据前,建议⾄少设置⼀个⾮0值,⽐如1p(1微微欧姆)k 偶合(互感)系数,建议开始设置为1,需要考虑漏感影响时再设置为低于1的值。

基于SABER仿真器的双管正激参数及控制环路的设计

基于SABER仿真器的双管正激参数及控制环路的设计

基于SABER仿真器的双管正激参数及控制环路的设计目前,正激变流器在中、大功率场合得到广泛的应用,但单管正激变换器的开关管承受两倍输入电压应力,不能用在较高输入场合。

双管正激变换器解决了这个问题,其开关管的电压应力等于输入电压,关断时也不会出现漏感尖峰,加上结构简单、可靠性高,在高输入电压的中、大功率场合得到广泛的应用。

在开关电源的设计过程中,控制环路设计的优劣关系到系统的稳定与否。

因此优良的控制环路,对开关电源系统是至关重要的。

对于PWM变换器的控制环路,传统的方法使用状态空间平均法,求出小信号模型,来设计控制环路。

此方法计算量大,效率低,不利于工程应用。

高效的方法是用仿真软件得出电路开环BODE图来设计控制环路。

市面的仿真软件非常多,功能也很强大,如Matlab、Pspice等,然而Pspice软件的收敛算法不好,带来了非常多的不便;Matlab软件建模复杂,其补偿器为传递函数或状态方程,需利用电网络理论转化为具体的电路,诸多不便。

SABER与其他仿真软件相比,具有更丰富的元件库和更精确的仿真描述能力,真实性更好。

特别是在电源领域的先天优势,借助其强大的仿真功能缩短电源产品的上市时间。

目前,用SABER软件设计控制环路尚不多见,基于此,提出用SABER仿真设计双管正激参数及控制环路。

1 电路结构双管正激拓扑结构如图1所示,工作原理为:VT1、VT2同时导通,同时关断;VT1与VT2导通时,电源经高频变压器T,快恢复二极管VD3向负载输出能量,经L给C充电;VT1与VT2关断时,输出电流由快恢复二极管VD4续流,同时变压器原边绕组的励磁电流经VD1-UiN-VD2向电源反馈能量。

由于VD1与VD2的箝位,VT1与VT2的开关应力等于电源电压。

与单管正激电路相比,多用一个开关管,电压应力为单管的一半,不存在漏感尖峰,变压器无需磁通复位绕组,适用于较高输入电压的中、大功率等级场合。

2 控制环路的设计方法系统稳定的条件:系统回路开环BODE图,在剪切频率处幅值斜率为-20dB/dec,且至少有45°的相位裕度。

车载双管正激直流变换器的设计

车载双管正激直流变换器的设计

车载双管正激直流变换器的设计姚伟;郑步生;洪峰【摘要】研究了一种适用于电动汽车的高效率双管正激直流变换器,在提出一种设计方案的基础上,重点对其控制电路,反馈回路、启动电路和变压器的关键参数等进行了详细分析设计.其中控制电路使用SG3525芯片,采用二型补偿对控制电路进行补偿.实验测试结果表明该变换器输出稳定,有较高的转换效率.%A dual-transistor forward DC converter suitable for electric vehicles is studied in this paper. On the basis of a design scheme, the control circuit, feedback loop, start circuit and relative parameters of the converter were analyzed and de-signed. Chip SG3525 is used in the control circuit. The type Ⅱ compensation is adopted to compensate the control circuit. The experimental and testing results show that the output of the converter is stable and the efficiency is remarkable.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(036)002【总页数】5页(P150-153,161)【关键词】双管正激;直流变换器;二型补偿;电动汽车【作者】姚伟;郑步生;洪峰【作者单位】南京航空航天大学,江苏南京210016;南京航空航天大学,江苏南京210016;南京航空航天大学,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TN964-34电动汽车作为一种新能源的交通工具,目前已经得到快速地发展。

LED电路仿真设计-Saber篇

LED电路仿真设计-Saber篇

学习曲线陡峭
Saber软件功能强大但操作复杂, 需要设计师具备一定的专业知识 和技能。
资源占用较大
Saber软件的仿真过程需要占用较 大的计算资源,对于小型项目可 能存在一定的性能挑战。
成本较高
Saber软件是一款商业软件,购买 和维护成本较高,可能不适合小 型项目或个人用户。
THANKS
感谢观看
仿真精度设置
用户可以根据需要设置仿真的精度, 如采样点数、仿真步长等。
Saber软件的仿真结果分析
波形分析
参数优化
通过Saber软件的波形分析功能,用户可以 观察LED电路的输入输出波形,了解电路的 工作状态和性能表现。
根据仿真结果,用户可以对元件参数进行 优化,以提高LED电路的性能指标。
可靠性分析
05
LED电路仿真设计的挑战与展望
LED电路仿真设计的挑战
高精度模拟需求
LED电路的特性要求高精度模拟,以准确预测其性能和行为。
复杂的光学效应
LED的光学效应(如散射、反射和干涉)增加了电路仿真的复杂性。
材料特性的多样性
不同LED材料的电气和光学特性差异大,增加了仿真的难度。
热效应的考量
LED在工作时会产生热量,热效应对LED性能有显著影响,需要纳入仿真设计。
总结词
LED照明电路仿真设计能够预测实际照明 效果,优化照明质量和能效,降低设计 和制作成本。
VS
详细描述
LED照明电路的设计需要考虑照明的均匀 性、颜色和亮度等参数。通过仿真设计, 可以预测不同电路参数下的照明效果,从 而优化电路设计,提高照明质量和能效。 此外,仿真设计还可以帮助设计师快速评 估不同方案的成本和性能,为实际制作提 供可靠的依据。

LED电路仿真设计__Saber篇

LED电路仿真设计__Saber篇

三、 SABER 的仿真分析
Saber用下列方法来调节设计参数,如设计中的元件数值 及容限等: Vary:用Vary可以对设计或元件的一系列设定的参数进行 描述,对每个参数都进行一系列的分析。 Monte Carlo:用蒙特卡诺分析对设计或元件参数随机变化 ,进行各种分析,对模拟结果进行评估。 Sensitivity:对不同设计或元件的参数的改变,性能测量的 敏感度。 Stress:在精确的DC、DC传输或瞬态分析中,分析元件是 否会过应力。
绘图工具 设计工具
Saber RT (Simulator Real Time) Model Architect 报告
测试
选择器件 命令行
宏记录器
saber sktech 基本操作——绘制电路原理图
点击进入saber sketch,然 后选择file— > new— >schematic, 进入原理图 绘制画面, 如下图所示 :
一、SABER 软件概述
1.3 模型库 Saber拥有市场上最大的电气、混合信号、混 合技术模型库,它具有很大的通用模型库和较为 精确的具体型号的器件模型,其元件模型库中有 4700多种带具体型号的器件模型,500多种通用模 型,能够满足航空、汽车、船舶和电源设计的需 求。Saber模型库向用户提供了不同层次的模型, 支持自上而下或自下而上的系统仿真方法,这些 模型采用最新的硬件描述语言(HDL),最大限度地 保证了模型的准确性,支持模型共享。
Saber Sktech 基本操作--修改器件参数
按照上述方法 把器件的参数 设置为:电压 源12V,基极电 阻为10K,集电 极电阻为1K。 电路图如图所 示:
三、Saber simulator仿真界面简介

基于SABER的PWM整流器滞环控制仿真

基于SABER的PWM整流器滞环控制仿真
收稿日期 :2004 - 03 - 29
击 ,引起电网电压波动 ; 输出电压的脉动频率低 , 输出特性 差 ; 交流侧电流的谐波含量高 , 造成电网电压波形畸变 。实 现 PWM 控制 ,目标是直流侧电压稳定 ,交流侧电流与电源电 压同相位 。
2 滞环电流控制的原理
2. 1 脉冲整流器的工作原理
3. 2 仿真参数
通过程序控制改变直流侧的负载大小 ,观测单向电压型 脉冲整流器的动态响应和稳态过程 。
3. 4 仿真程序 ( 见图 6) 3 . 5 仿真波形 ( 见图 7)
5 结论
从仿真结果可以看出 ,交流侧电流 is 跟随其指令电流 isr 的变化 ,且与电源电压同相位 ; 直流侧电压脉动比较小 。直流 侧负载的变化引起交流侧电流的变化 , 系统的动态响应快 。 实现了滞环电流控制的目的 。当然采用滞环电流控制存在开 关频率不固定 ,但可以通过分段改变滞环宽度来解决 。 参考文献 :
Us =
→ Is → → → → U AB1
器要稳定直流侧电压 。当直流侧电压低于设定值时 ,表明直 流侧的负载过大 ,需要增加交流侧的电流 。反之需要减少交 流侧的电流 。采用闭环控制 , 直流侧电压的误差值经 PI 调 节器后得到交流指令电流矢量的模值 ,同时检测电源电压的 相位来计算电流矢量的幅角 ,从而得到与电网电源电压同相 位的指令电流值 。仿真中利用 SABER 的 MAST 语言编程 ,电 源电压的相位采用移动平均算法得 。对电源电压进行采样 , 一个电源周期采样 256 个点 。连续采样 256 个点之后 , 新值 总是替换最旧的值 ; 计算 256 个电压采样值的和 S ,每获得一 个新电压采样值时 , 先从 S 中减去最旧的电压采样值 , 然后 再加新的电压采样值 。这样可以计算出电源电压的有效值 , 用电源电压的瞬时值除以有效值就可以得到电源电压的相 位 。采取这一措施后 , 运算效率提高 , 系统响应速度提高 。 对于单相 PWM 整流器 ,采用滞环电流控制 ,如图 4 。 udr 和实 际直流电压 ud 比较后送入 PI 调节器 ,PI 调节器的输出为一 直流电流信号 id ,id 的大小和整流流输入电流幅值成正比 。 稳态时 ,ud = const ,PI 调节器输入为零 ,PI 调节器的输出 id 和 负载电流大小对应 ,也和交流输入电流幅值相对应 。负载电 流增大时 ,电容 C 放电而使 ud 下降 , PI 的输入端出现正偏

电气工程综合设计报告模板

电气工程综合设计报告模板

编号南京航空航天大学电气工程综合设计报告题目双管直直变换器设计学生姓名班级学号成绩学院自动化学院专业电气工程及其自动化指导教师×××副教授二〇一四年一月双管直直变换器设计摘要首先,本文对DC-DC变换器进行了分析、比较,结合高压、宽输入,小功率和多路输出的设计要求,选择双管反激电路作为辅助电源;结合高压、宽输入,大功率的设计要求,选择交错并联双管正激电路。

其次,本文详细阐述了双管反激变换器的稳态工作原理,分析比较了双管反激变换器两种工作模式的特点;对双管反激主电路以及基于UC3844的控制电路进行了详细的设计,并且建立了SABER 下的仿真模型;利用Protel绘制原理图及PCB,并研制出样机。

此部分完成了双管反激变换器的原理分析、参数设计、损耗分析、仿真、一台20W、4路输出的样机制作及实验,实验结果验证了理论分析的正确性。

再次,本文对交错并联双管正激变换器的稳态工作原理进行了详细的分析阐述;对变换器主电路、控制电路和保护电路进行参数设计,建立了SABER下系统的仿真模型,最后给出了实验波形。

此部分完成了一台2KV A交错并联双管正激变换器的原理分析、参数设计、仿真验证。

关键词:双管反激变换器,双管正激变换器,交错并联技术,损耗分析目录摘要 (i)Abstract ...................................................................................................... 错误!未定义书签。

第一章概述......................................................................................................................... - 1 - 第二章双管反激变换器的研究......................................................................................... - 2 - 第三章双管反激式开关电源的损耗分析......................................................................... - 3 -3.1双管反激变压器的损耗分析................................................................................... - 3 -3.2双管反激变换器其它元件的损耗模型分析.............................. 错误!未定义书签。

saber的双管正激变换器的设计与模拟

saber的双管正激变换器的设计与模拟

doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2019.10.003Saber的双管正激变换器的设计与模拟王㊀丹(黑龙江省能源研究所ꎬ哈尔滨150001)摘㊀要:为设计一款高效率㊁低功耗的双管正激DC/DC直流变换器ꎬ研究了系统主电路㊁控制电路及反馈回路ꎬ计算个电路中的主要参数ꎬ采用数模混合仿真软件Saber对变换器模型进行模拟ꎬ利用仿真结构优化了电路参数ꎮ结果表明:动态响应速度很快ꎬ输出电压上升时间接近0sꎬ经过2ms达到稳定ꎬ而且稳定后振荡很小ꎬ电压为15Vꎬ电流为2Aꎬ该研究有助于缩短开发周期㊁降低设计成本ꎮ关键词:双管正激ꎻSaberꎻ控制环路ꎻ仿真中图分类号:TM769㊀㊀文献标志码:B㊀㊀文章编号:1009-3230(2019)10-0009-03DesignandSimulationofSaber sDouble-TubeForwardConverterWANGDan(EnergyResearchInstituteofHeilongjiangProvinceꎬHarbin150001ꎬChina)Abstract:Inordertodesignahighefficiencyꎬlowpowerconsumptionꎬdouble-switchforwardDC/DCconverterꎬthemaincircuitꎬcontrolcircuitandfeedbackloopofthesystemarestudiedandthemainparametersinthecircuitarecalculated.Thedigital-analoghybridsimulationsoftwareSaberisusedtosimulatetheconvertermodelandthecircuitparametersareoptimizedusingthesimulationstructure.Theresultsshowthatthedynamicresponsespeedisveryfastꎬtheoutputvoltagerisetimeiscloseto0sꎬtheoutputvoltageisstableafter2msꎬandtheoscillationissmallafterstabilization.Thevoltageis15Vandthecurrentis2A.Thisstudyhelpstoshortendevelopmentcycleandreducedesigncost.Keywords:two-transistorforwardꎻSaberꎻcontrolloopꎻsimulation0㊀引㊀言收稿日期:2019-09-10㊀㊀修订日期:2019-09-26作者简介:王㊀丹(1986-)ꎬ女ꎬ主要从事电气工程与节能技术研究ꎮ双管正激变换器相对于单管正激变换器ꎬ优势在于开关管所承受电压降低ꎬ输入端的直流电压可以更大ꎬ而且不需要磁复位电路来防止高频变压器磁饱和ꎬ该电路结构采用二极管与开关管串联ꎬ简单可靠ꎬ因此双管正激变换器具有其他变换器无法比拟的优点ꎬ被广泛应用与高输入电压的中㊁大功率等级的电源产品中ꎮ笔者具体阐述了双管正激电路中补偿网络以及调制器的设计ꎬ拟采用仿真来证明系统具有瞬态响应特性好㊁输出电压纹波小等优点和所设计系统的正确性ꎮ1㊀工作原理一次绕组侧从全桥电路对角线ab间接出ꎬ两Mos管栅压同相ꎬ脉宽均为DT(D<0.5)ꎬ当Q1㊁Q2同时导通时ꎬD3正偏导通ꎬ直流电源向负载供电ꎻ当t>DT时ꎬQ1㊁Q2同时关断时ꎬ为了维持负载电流连续ꎬ反并二极管D4正偏导通ꎬ电感电流由D3移到D4中ꎻ为了维持变压器磁化电流连续ꎬD1和D2正偏导通ꎬD3反偏截止ꎬ磁化电流移到D1和D2中ꎬ磁化电流开始线形下降ꎬ起着磁复位电路的作用[1]ꎮ92019年第10期(总第262期)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀应用能源技术㊀2㊀电路参数设计指标为:输入直流电压范围144~156Vꎻ输出直流电压15Vꎻ输出额定电流2Aꎻ效率85%ꎻ开关频率200kHzꎻ是参数的计算:(Vout:输出直流电压ꎬVin:输入直流电压ꎬVd:输出整流二极管压降ꎬΔVo:输出纹波电压ꎬD:额定占空比ꎬIoc:临界电流ꎮ)VoutʈVinˑ1/nˑD(1)其中ꎬ输出直流电压15Vꎬ输入直流电压150Vꎮ因为磁复位ꎬ正激变换器占空比D<0.5ꎬ取D=0.3ꎮ故得n=3ꎮ根据公式:D=Vout+VdVinˑ1/n(2)㊀㊀当输入电压取最小值Vin(min)=144VꎬVd=0.7ꎬ可得Dmax=0.3302ꎻ当输入电压取最小值Vin(min)=156VꎬVd=0.7ꎬ可得Dmin=0.3048ꎻ考虑输出二极管压降ꎬ输入电压取Vin=150Vꎬ重新求占空比D=0.317ꎮ本次工作在连续模式ꎬ最大的临界电流ꎬ该电流以上绝对为连续模式ꎮ令Ioc(max)=10%ˑIon=纹波电流一半:L=(Vout+Vd)ˑ(1-Dmin)2ˑIoc(max)ˑf=0.53μH(3)㊀㊀实际情况中ꎬ电容中有ESR引起的纹波主要由ESR引起ꎬ而不是电容值ꎬ电容值足够大ꎬ放充电引起的纹波可忽略ꎮ令输出纹波:ΔVo(max)=ESRˑΔiL(max)=1%ˑVout(4)ESR=1%ˑVoutΔiL(max)=0.120.2ˑ2=0.3㊀㊀因为一般情况电容值与ESR值是一个常数ꎬ该常数等于65ˑ10-6ꎬ因此ꎬC=260μFꎮ3㊀仿真模型3.1㊀平均电路模型Saber将DC/DC功率变换电路简化为一个模型 平均模型电路[2]ꎬ在平均模型电路中ꎬ用双管正激变换器替换功率转换电路的理想开关ꎬ消除了与开关管有关的非线性后ꎬ波形中存在开关分量ꎬ平均模型可在电路中分析小信号频率ꎮ3.2㊀设计补偿电路反馈回路未进行补偿ꎬ先将控制电压作为平均模型的输入信号源进行瞬态响应仿真ꎬ然后以瞬态分析的最终点作为交流分析的工作点ꎬ改小信号电压源为信号源执行小信号交流分析[3]ꎮ对1000个对数空间数据点采样ꎬ在SaberScope中ꎬ即可绘制没有补偿的输出电压Vout的增益与相移ꎮ可以看出ꎬ没有补偿的传递函数的穿越频率为2.2kHzꎬ相位裕量为47.03ʎꎮ此时系统相位裕量大于45ʎꎬ穿越频率处的增益曲线斜率为-1ꎬ缺点是静态增益太小ꎬ仅仅25.9dBꎮ为了消除或减小系统静态误差ꎬ在曲线0Hz处就以-1或-2的斜率下降ꎮ根据稳定环路的第一准则:在系统开环增总增益为1处ꎬ在交越频率的总开环相移必须要小于360ʎꎮ第二个准则是:为防止-2增益斜率电路引起相位迅速变化ꎬ应在交越频率处的斜率应为-1ꎬ防止相移随频率变化速度过快ꎮ第三个准则是:开环传递函数的相移应该与180ʎ保持足够的的裕量ꎬ通常选取45ʎꎬ因为过大的相位裕量会导致动态响应变慢(过阻尼)ꎮ选择交越频率Fzo为开关频率的1/5ꎬ在40kHz交越频率时ꎬ系统的总相移等于360ʎ-45ʎ=315ʎꎬ选取45ʎ的相位裕量ꎮ因此ꎬ误差放大器只允许有315ʎ-97ʎ=218ʎ的相位滞后ꎮ取K值接近3时ꎬ误差放大器的相位滞后后可以满足218ʎ的要求[4]ꎮ为了有足够的相位裕量ꎬ故取K值为4ꎬ此时相位滞后为208ʎꎬ系统中LC滤波器存在97ʎ相位滞后ꎬ得到了305ʎ的总开环相位滞后ꎬ那么在交越频率Fzo处的相位裕量360ʎ-305ʎ=55ʎꎬR2/R1=28.7dBꎬ取R1=1kꎬR2=27kꎮ01㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀应用能源技术㊀㊀㊀㊀㊀㊀2019年第10期(总第262期)当K值等于4时ꎬ零点频率为Fz=5kHzꎬFz=1/(2πR2C1)ꎮ由于R2前面已经确定为27kꎬ因此C1=1.17nFꎮ极点频率为Fp=80kHzꎬFp=1/(2πR2C2)ꎬ因此C2=73pFꎮ3.3㊀设计调制电路设计完补偿环节ꎬ另一部分是PWM的调制比ꎬ即占空比为控制电压与调制锯齿波电压幅值之间的比例[5]ꎮ可知时钟脉冲变高ꎬ开关开通ꎻ当斜坡电压高于控制电压时ꎬ开关关断ꎮ根据D=VrVcꎬ其中D=0.317ꎬ令Vr=2.5Vꎬ可知Vc=2.5ˑ0.317=0.79V将信号源接上use3ꎬ设置仿真瞬态响应时间长度为10msꎮ可见ꎬ动态响应速度很快ꎬ输出电压上升时间接近0sꎬ经过2ms达到稳定ꎬ而且稳定后振荡很小ꎬ电压为15Vꎬ电流为2Aꎬ完全满足设计指标要求ꎮ4㊀结束语(1)系统发生振荡时ꎬ因为正弦波傅里叶分量的频谱很宽ꎬ经过输出滤波器ꎬ误差放大器及PWM调制器后都会有增益变化和相移ꎬ影响系统稳定ꎮ故反馈环路对系统的补偿作用能有效防止系统振荡ꎮ(2)双管正激比单管正激拓扑简单ꎬ不存在单管正激磁芯复位问题ꎬ可靠性高ꎬ有利于散热系统的设计ꎬ而且较少考虑励磁电感和漏感的影响[6]ꎬ所以完全理想条件下得到的仿真结果更具有参考意义ꎮ(3)设计的变换器能够输出稳定的直流电压15Vꎬ对于动态响应速度仅需2msꎮ通过软件仿真方法可以简化控制环路设计ꎬ缩短研发周期和方便调试ꎮ参考文献[1]㊀黄㊀鹰ꎬ李㊀勇ꎬ姜学想.基于Saber的DC-DC变换器控制环路仿真研究[J].湖南工业大学学报ꎬ2014ꎬ28(1):53-57.[2]㊀谢华林ꎬ杨金明.基于SABER仿真器的双管正激参数及控制环路的设计[J].电源技术应用ꎬ2009ꎬ12(10):8-11.[3]㊀范立荣ꎬ杨㊀帆ꎬ张凯强.双管正激变换器Saber仿真应用研究[J].微型机与应用ꎬ2014ꎬ33(18):86-89.[4]㊀王红刚.基于Saber的开关电源设计与仿真[J].新乡学院学报:自然科学版ꎬ2012ꎬ29(4):316-318. [5]㊀何艳丽ꎬ陈㊀鸣ꎬ王克城ꎬ等.基于UC3844的反激稳压电源的设计[J].电源技术应用ꎬ2008ꎬ55(4):75-77.[6]㊀郑鹏程ꎬ石㊀玉ꎬ周立文ꎬ等.基于MATLAB的DC/DC变换器设计与闭环仿真[J].磁性材料及器件ꎬ2011ꎬ42(4):63-65.112019年第10期(总第262期)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀应用能源技术㊀。

(完整版)Saber仿真软件介绍

(完整版)Saber仿真软件介绍

Saber 软件简介Saber软件主要用于外围电路的仿真模拟,包括SaberSketch和SaberDesigner两部分。

SaberSketch用于绘制电路图,而SaberDesigner 用于对电路仿真模拟,模拟结果可在SaberScope和DesignProbe中查看。

Saber的特点归纳有以下几条:1.集成度高:从调用画图程序到仿真模拟,可以在一个环境中完成,不用四处切换工作环境。

2.完整的图形查看功能:Saber提供了SaberScope和DesignProbe 来查看仿真结果,而SaberScope功能更加强大。

3.各种完整的高级仿真:可进行偏置点分析、DC分析、AC分析、瞬态分析、温度分析、参数分析、傅立叶分析、蒙特卡诺分析、噪声分析、应力分析、失真分析等。

4.模块化和层次化:可将一部分电路块创建成一个符号表示,用于层次设计,并可对子电路和整体电路仿真模拟。

5.模拟行为模型:对电路在实际应用中的可能遇到的情况,如温度变化及各部件参数漂移等,进行仿真模拟。

第一章用SaberSketch画电路图在SaberSketch的画图工具中包括了模拟电路、数字电路、机械等模拟技术库,也可以大致分成原有库和自定义库。

要调用库,在Parts Gallery中,通过对库的描述、符号名称、MAST模板名称等,进行搜索。

画完电路图后,在SaberSketch界面可以直接调用SaberGuide对电路进行模拟,SaberGuide的所有功能在SaberSketch中都可以直接调用。

➢启动SaberSketchSaberSketch包含电路图和符号编辑器,在电路图编辑器中,可以创建电路图。

如果要把电路图作为一个更大系统的一部分,可以用SaberSketch将该电路图用一个符号表示,作为一个块电路使用。

启动SaberSketch:▲UNIX:在UNIX窗口中键入Sketch▲Windows NT:在SaberDesigner程序组中双击SaberSketch图标下面是SaberSketch的用户界面及主要部分名称,见图1-1:退出SaberSketch用File>Exit。

双管正激电路的设计与仿真3-10(开环设计与仿真)2010

双管正激电路的设计与仿真3-10(开环设计与仿真)2010

– Vout 28VDC – Vout(p-p) <100mV – Iout 2- 20A,在所有负载下,电路工作于CCM
• 其他性能:
– 开关频率 100kHz
5
(2)双管正激电路的工作原理
• 主电路拓扑选择
– 非隔离式拓扑 X
– 隔离式拓扑:单端正激、单端反激、推 挽、全桥、半桥、双管正激等;
Dmax<0.5
11
滤波电感设计
• 电感量,2A时(1/10负载),电感电流临 界连续。
ΔI L L = UL → ΔT Lmin(CCM )
U −28 (1 − 0.33)10u ≈ 46.9uH = L ΔTmax = ΔI L −4
12
滤波电容设计
• If>Io充电,If<Io放电;
Cf =
8
占空比、匝比设计 (1)占空比
拓扑限制:Dmax<0.5; 控制芯片限制:Dmax<0.45Æ Dmax=0.42
(2)变压器匝比Æ变压器设计
输入、输出关系:
Vout
V D 240*0.42 n = in min max = = 3.6 28 Vout
1 = Vin *( ) * D n
设经计算,原副边匝比=24:7=3.43(注意匝数取整)
• 其他设置
– 基本、输入输出、校准、数值积分、算法
34
Analysis > Time Domain > Transient :
Basic
• End Time:定义瞬态分 析结束时间; • Time Step:步长;
– 设计中有关时间常数的 1/10; – 驱动源最小的上升或下 降沿; – 正弦驱动源输入周期的 1/100。

基于saber平均模型的Buck电路环路设计

基于saber平均模型的Buck电路环路设计

作业3 电压闭环仿真010800825 1.任选一开关电源DC/DC电路拓扑,自己给定电路的电气特性参数,包括输入电压、输出电压、负载电流、输出电压纹波、输出或输入电流纹波等设计主电路参数,包括电容、电感、开关管、二极管等参数。

(可参考其他作业)设计一个Buck电路,输入电压28V,输出电压15V, 额定负载电流为5A,开关频率为100k。

选择电容500uF,电感50uH,电路工作在连续模式。

因此稳态占空比为0.536。

据此计算电流纹波为1A(额定电流20%),电压纹波为0.0025V(可忽略)。

选择开关器件为功率MOS管,最大耐压为28V,最大电流为5.5A。

二极管采用快恢复或肖特基,最大耐压28V,额定电流6A。

实际选取管子考虑一定余量。

利用平均模型搭建的Buck主电路模型参数设置如下2.根据设计的主电路参数,采样状态空间平均模型对开环电路的波特图进行仿真,判断其稳定性。

用saber软件中的Buck平均模型做开环仿真,瞬态分析后输出电压结果如图一。

在之前的瞬态分析基础上作交流小信号分析得开环传递函数的波特图如图二。

图一图二从波特图上可知该系统截止频率为2851.8Hz ,相位裕度为2.5°。

可见该系统快速性和稳定性都不够。

必须对截止频率和相位裕度进行补偿来提高快速性和稳定性。

3. 根据开环的波特图结果,设计合理的补偿控制电路,给出设计的结果,并对补偿后的波特图进行判断,判断其稳定性。

采用电压闭环控制:假设现有高精度的5V 电压作为电压比较基准。

为使得电路输出15V ,对负载电压进行3:1电压采样,并与基准比较,形成误差信号并通过补偿器和PWM 调制电路形成占空比。

选取补偿后的系统开环传递函数截止频率为5kHz ,相位裕度为52°。

图三为系统补偿前的开环传递函数相频特性,由此可知系统相位裕度仅1°左右,故需要在5kHz 处通过前后放置零极点来提升51°的相位。

saber反激变换器仿真实例

saber反激变换器仿真实例

为大家介绍一个开关电源仿真的实例。

由于开关电源具有很强的非线性,并且经常是双环乃至多环反馈,因此无论用哪种仿真工具,对其进行仿真分析都是一件很困难的事情,相信用Saber进行开关电源分析的网友,也有过类似的经验。

这个仿真实例中使用了TI的UC3844做为控制器,实现一个反激电路。

验证电路源于TI公司的UC3844 数据手册(data sheet) 第七页所提供的反激变换器设计电路,如下图所示:在SaberSketch根据对该原理图进行适当修改,具体修改情况如下:1.输出由双路±12V/0.3A 的负载改为24V/0.6A负载.2.输出滤波电容C12/C13 由2200u 改为141u. C11 由4700u 改为3000u3.去掉负载绕组供电的复杂滤波网络, 改为RC充电模式, 其中R=10, C=C2=100u.4.将输出部分的滤波器由π 型改为电容直接滤波.5.去掉MOSFET (UFN833)的缓冲电路( SNUBBER).6.对部分Saber中没有模型的器件进行替换:a. POWER MOSFET UFN833->mtp4n80eb. Current Sense R10=0.33->R10=0.55c. Output Rectifier USD945->mbr2545ct UFS1002->ues704d. T1采用xfrl3 template 使用电感量控制变比, L1=1m, L2=10.7u, L3=216.7u, L4=66.9u.在完成以上修改后,在各种负载条件下,对该电路进行仿真分析。

测试条件:Vacin = 117V,Vout = 5V/4A (Rload =1.25)Vout = 24V/0.6A (Rload=40)分析结果如下:如上图图所示,额定负载情况下,Vout = 5.0019V/23.933V。

如上图所示,额定负载情况下输出频率为: FOSC= 39.383KHz , 占空比D=0.26761, 输入直流电压Vdc=144.31V。

双管电压模式正激开关变换器设计

双管电压模式正激开关变换器设计

实验二题目双管电压模式正激开关变换器设计第周星期_第_ 节一. 实验目的本实验的设计过程分为四个步骤,与每一步相应的目的如下:(1) 学习利用给定的条件设计主电路(功率变换)中的主要元件,如占空比、变压器匝比、输出滤波器以及开关频率等等。

(2) 利用平均电路设计变换器的反馈补偿。

(3) 使用闭环电路设计调制电路,初步验证开关电源设计(4) 包含所有元器件的器件级双端正激变换器设计,包括缓冲器、晶体管模型开关和驱动电路等等,通过仿真验证设计的正确性。

二. 实验方法、步骤及结果测试(1)开环设计(功率电路设计)1、确定占空比和变压器匝比2、计算最大、最小和额定的占空比3、设计输出滤波器4、使用Saber 验证开环增益结果如下:(二)使用平均模型设计补偿器:使用Saber 验证平均模型,开环交流分析,设计补偿电路,使用Saber 验证补偿电路设计,使用Saber验证闭环电路参数。

1、计算控制电压2、使用Saber 验证平均模型结果如下结果如下:4、设计反馈补偿电路5、验证反馈补偿网络的频域响应结果如下:6、验证系统闭环参数(三)调制器设计和闭环仿真1、设计调制电路2、验证调制电路结果如下:3、验证闭环反馈回路瞬态响应结果如下:(四)最后的元件级设计结果如下:下图所示的波形分别为误差放大器(1825 PWM) 的反相输入端“eai”、输出端“comp”以及1825 PWM 模型“ct”引脚的斜坡波形。

在1825 PWM 内部,“ct” 引脚的斜坡波形加在一个值为1.25V的偏置电压上,再与误差放大器输出端“comp” 比较得到占空比。

下图所示为输出电压以及通过输出滤波电感的电流,它们的波形形状与前面的闭环仿真波形看上去非常相似。

四. 思考题(1) 输出滤波电容大小对输出电压波形的影响?答:1、滤波电容的大小,应该根据负载情况来选择。

过小会使输出电压的“交流纹波”加大;过大也不经济。

2、选择滤波电容时,还应该注意耐压、和温度环境,尤其是后者,很容易被忽视。

Buck电路的设计与仿真(开环设计与仿真)Saber

Buck电路的设计与仿真(开环设计与仿真)Saber

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(4)模型细化(完善)
① 开关管——应力计算、选取及实际器件选取;
Get part parametric search ……
② 二极管——应力计算、选取及实际器件选取;
40
参考资源及介绍
• Saber help files
– D:\Synopsys\Z-2007.03\doc\webworks_docs\saber – Example: Power Converter Design Example; SaberQuickStart;ExamplesUser;SaberUser; SketchUser;HotkeyUser
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滤波电感设计
• 电感量,2A时(1/5负载),电感电流临界 连续。
I L L UL T UL 28 Lmin(CCM ) Tmax (1 0.39)10u 42.7uH I L 4
8
滤波电容设计
• ILf>Io充电,ILf<Io放电;
充电电荷Q 充电电流 * 充电时间 1 1 = I ripple * Ts C f *Vout ( p p ) 4 2
13
(1)原理图编辑
Switch, Power semiconductor Inductor Logic Clock Diode, ideal Resistor Capacitor
Voltage source, constant ideal DC supply
Ground, (Saber node 0)
b.
初选磁芯型号:
AP Ae AW
• •
L f I 2 106 Bm JKW Kc
其中Lf为电感值(H),I为通过电感的直流平均值(A), Bm是磁芯工作磁密(Gs),J是线圈电流密度,通常取3~5 (A/mm2),Kw是窗口的填充系数,Kc为磁芯填充系数。 经计算,查相关手册后可初选出磁芯型号。
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引言
双管正激变换器开关管的电压应力等于输入电压,关断时也不会出现漏感尖峰,加上结构简单、可靠性高,在高输入电压的中、大功率场合得到广泛的应用。

在开关电源的设计过程中,控制环路设计的优劣关系到系统的稳定与否。

对于PWM变换器的控制环路,传统的方法使用状态空间平均法,求出小信号模型,来设计控制环路。

此方法计算量大,效率低,不利于工程应用。

SABER与其他仿真软件相比,具有更丰富的元件库和更精确的仿真描述能力,真实性更好。

特别是在电源领域的先天优势,借助其强大的仿真功能缩短电源产品的上市时间。

目前,用SABER软件设计控制环路尚不多见,基于此,提出用SABER仿真设计双管正激参数及控制环路。

1 电路结构
双管正激拓扑结构如图1所示,工作原理为:VT1、VT2同时导通,同时关断;VT1与VT2导通时,电源经高频变压器T,快恢复二极管VD3向负载输出能量,经L给C充电;VT1与VT2关断时,输出电流由快恢复二极管VD4续流,同时变压器原边绕组的励磁电流经VD1-UiN-VD2向电源反馈能量。

由于VD1与VD2的箝位,VT1与VT2的开关应力等于电源电压。

与单管正激电路相比,多用一个开关管,电压应力为单管的一半,不存在漏感尖峰,变压器无需磁通复位绕组,适用于较高输入电压的中、大功率等级场合。

2 控制环路的设计方法
系统稳定的条件:系统回路开环BODE图,在剪切频率处幅值斜率为-20dB/dec,且至少有45°的相位裕度。

控制环路的设计步骤:
(1)根据应用要求设计主电路。

(2)由SABER仿真器得出主电路的BODE图。

(3)根据实际要求和限制条件确定剪切频率ωc,对电源产品,剪切频率通常为开关频率的1/4或者1/5。

(4)根据系统稳态精度的要求及剪切频率决定补偿放大器的类型和各频率点。

使低频段增益高,一般电源产品的低频段设计成I型系统,以保证稳态精度;中频段带宽处的斜率为-20dB/dec,且有足够的相位裕度(即y>45°);高频段增益衰减快,减少高频干扰;用SABER得出补偿后环路的开环频响曲线,验证系统的稳定性。

3 主电路参数设置
由于主电路输出滤波器参数关系到控制环路的设置,补偿器应根据输出滤波参数进行调整。

本文以一台250W电源实例说明控制环路的设计。

1)主要技术要求
输入:AC220V(DC=265V(220~310V))
输出:48V 0.5~5A;
波纹电压:0.1V; 波纹电流:1A;
效率:≥0.85;开关频率:100kHz;
变压器原副边比n=2;Uout=48.85V(二极管); 占空比:
2)输出滤波参数
输出滤波器按照要求的纹波电流与纹波电压值来设计,纹波电流决定电感值,纹波电流与纹波电压共同决定电容值。

(1)滤波电感
流经滤波电感电流波形如图2所示,纹波电流峰峰值取决于允许的最小电流值,当负载电流小于0.5A时,进入电流断续模式。

为防止变换器进入断续模式,在Toff期间,流经L的电流不能降到零。

(2)滤波电容
滤波电容的容量分以下两种情况讨论:
①采用普通的铝电解电容,根据文献[3],此类电容在开关频率低于500kHz,且RoCo大于开关管的关断和导通时间的一半时,输出纹波仅由ESR(Ro)决定。

此方法随技术的进步变得不合实际,最好从厂家或测试得到电容的ESR值。

②滤波电容采用零ESR或低ESR电容,自身阻容形成的零点(1/2πRest×C)较高,但对环路设计的影响不大;若低ESR值的电容采用大容量,其自身阻容形成的零点使得在带宽附近的高频衰减不够,可能引起振荡,增加补偿器的设计难度。

如图3、图4所示。

考虑电容的发热影响寿命,取22μF。

电容的ESR值的最大值为
ESR(max)=△U/△I=0.1/l=0.1 Ω
ESR超过0.1Ω,纹波电压会增加。

4 使用SABER对开环仿真
在SABER中建立平均模式双管正激的模型,如图5所示。

下表为图5模型使用的主要模块及参数:
25kHz(1/4开关频率)处的幅值为-35.5dB。

5 根据开环BODE图设计补偿器
双管正激补偿器采用2型误差放大器电路。

如图7所示。

其传递函数为:
一个零点fz=1/2πR2C1,一个极点fp=1/2πR2C2;设计时,将剪切频率设为1/4开关频率;零点频率设为1/4滤波器谐振频率,增加中频段相位裕度;极点频率设为滤波电容自身容阻频率,增加高频段的衰减。

R2/R1设为1/4开关频率处的负增益;RS1,RS2按照采样网络设计,因此:
计算结果,选用国标系列值:
使用SABER得出补偿后的开环BODE图如图8所示,注意在SABER进行小信号分析前,需微调占空比参考电压,使比较器反相输入端静态工作点在5V,否则可能饱和。

可见,系统已校正为I型,剪切频率为25kHz,幅值斜率为-20dB/dec,相位裕度远远大于45°。

10。

6 结束语
通过SABER软件的辅助设计,缩短了电源产品的上市时间,提高了产品的控
制性能的快速性,稳定性和稳态精度。

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