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‖=1
angle=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。
但是，别忘了，这是负反馈系统，信号经过H(S)之后，本身就有180°的相移，所以，针对负反馈的闭环系统而言，其描述为：如果扰动信号经过系统主电路和反馈系统之后，其模不变，相位也不变，那么这个系统是不稳定的。为什么相位也不变？因为G(S)*H(S)造成的180°相移和负反馈本身造成的180°相移，两者叠加之后是360°，所以等于相位不变。
什么是穿越频率？
G(S)*H(S)对应的增益为1（即幅值不变）的频率即为穿越频率。换算为dB 单位：20log1=0dB 。
理论上来说，在穿越频率点上，只要相移不是180°，那么系统就是稳定的。但是由于模拟系统的离散性（即所有器件的特性都不是固定不变的，随时间和温度在不断的变化），如果相移很接近180°，这时闭环系统是条件稳定的，即有可能进入不稳定状态。所以为了避免这种情况，要求在穿越频率点上，开环传递函数G(S)*H(S)的相移应该与180°保持足够的裕量。这个裕量选取多少比较合适呢？目前在工程应用上通常选取45°，即要求传递函数G(S)*H(S)的相移应该小于135°，这是兼顾考虑环路稳定性和动态响应速度的折中值，理论上来说裕量越大越好，但过大的相位裕量会导致动态响应变慢（过阻尼特性）。
为了保证足够的相位裕量，我们希望开环传递函数的增益曲线以-1的斜率穿越0dB线。如果开环传递函数的增益曲线在穿越频率点的斜率为-2，那么意味着有接近180°的相移，这将导致相位裕量明显不足，而如果斜率为-1，那么通常意味着相位有45°以上的裕量。
增益曲线的斜率是如何来的？主电路或反馈补偿电路中，每产生一个极点，开环传递函数的增益曲线斜率在该极点的转折频率点上就会增加-1，相反的，每产生一个零点，开环传递函数的增益曲线斜率在该零点的转折频率点上就会增加+1。
不同斜率下的相位裕量如下图所示：
从上图可以看出，如果开环传递函数以-2的斜率穿越0dB线，那么相移接近180°，如果以-1的斜率穿越0dB线，那么相移接近90°。
从上图也可以看出，如果两者的穿越频率(fc)相同，那么在0Hz频率点上，-2斜率下降的开环传递函数的增益远远大于-1斜率下降的开环传递函数，这有什么意义呢？这就是静态增益，决定了输出值与给定值之间的静态误差。假如给定值是10V,希望输出也是10V，以-1斜率下降的开环传递函数的静态增益是20dB，以-2斜率下降的开环传递函数的静态增益是40dB，两者的输出静态误差分别为：10V*（1/10）=1V，10V*（1/100）=0.1V，可见静态误差相差是多么巨大！所以，我们期望静态增益越大越好。
除此之外，开环传递函数的斜率还对动态响应有巨大影响。假如穿越频率fc依然相同，一个开环传递函数的斜率为-1，另外一个为-2，负载从90%突然跳变到10%，那么此时的输出电压必然会从一个稳态值变化到另外一个稳态值，这中间的暂态过程称之为动态响应。对动态响应影响最大的是穿越频率fc，我们希望fc越大越好，当然为了避免开关频率对控制环路的影响，fc必须远小于开关频率，一般取fc小于1/6的开关频率，一般的开关电源对于动态响应要求并不十分苛刻，通常fc都小于开关频率的1/10。那么开环传递函数的斜率对于动态响应有什么影响呢？
如下图所示：
从上图我们看到，开环传递函数斜率为-2的情况下，输出电压呈现明显的欠阻尼振荡，输出电压快速达到下一个稳态值并过冲，随后围绕稳态值阻尼振荡。开环传递函数斜率为-1的情况下，输出电压呈现明显的过阻尼特性，从一个稳态值缓慢的变化到下一个稳态值。
过阻尼的缓慢变化和欠阻尼的多次振荡都不是我们想要的情况，我们希望动态发生时，输出能够快速变化到稳定值，同时又不会产生反复的震荡。
那么我们可以结合上面的两种情况，对开环传递函数的斜率做出适当的变化，以达到较快的动态响应速度。如下图所示：
从上图可以看出，在(1/2)fc频率处，开环传递函数的斜率由-2变成-1，可以达到较快的动态响应，由于传递函数以-1的效率穿越0dB线，也可以获得足够的相位裕量。同时由于从0Hz~(1/2)fc之间，开环传递函数以-2斜率衰减，可以获得很高的静态增益，从而使得静态误差非常的小。
在这里需要说明的是，考核相位裕量，只需在穿越频率点的相位裕量足够就可以了，在fc之前的相位裕量不必严格满足裕量要求。
通过上面的分析，我们已经对环路稳定性，相位裕量，动态响应有了初步的了解，下面我们就要进入实例，来初步理解如何进行环路补偿的计算和仿真。
还是从最简单的拓扑——buck电路入手吧。
CCM情况下控制（占空比d）到输出（电压V o）的小信号传递函数：
这个公式是怎么来的？
大多数的教材上都有推导过程，我们不需要知道如何去推导主电路的传递函数，这些已经被研究的很透彻了，我们只需要拿过来用就可以了。在此推荐一下张兴柱博士的公司网站：https://www.doczj.com/doc/5e17704363.html,，张老师已经把常用拓扑的传递函数都推导出来并放在网站上面了。
下面开始计算，mathcad，不会用的请举手，同志们，时代在进步，要跟上潮流啊！
做简单的设定，输入Vg=20V，占空比0.5，输出10V，负载电阻1?，其他设定如下：
这是一个典型的低通滤波器，低频时增益保持不变，在LC产生的双极点处（频率为1.16kHz），增益曲线以-2的斜率衰减，在电解电容的ESR产生的零点处（频率为4.5kHz），增益曲线的斜率由-2变成-1。那么相位的变化情况如何呢？
看起来还不错，电容ESR引起的零点部分抵消了LC双极点导致的相移，使得在穿越频率点上还保持足够的相位裕量：
从上面的计算中，可以获得主电路传递函数G(S)的穿越频率为7.2kHz，相位裕量为62.4°。看来我们不需要做补偿啊，穿越频率够大，在穿越频率点上传递函数增益曲线的斜率为-1，相位裕量也大于45°，只要让H(S)=1就可以保证开环传递函数G(S)*H(S)获得足够的相位裕量。可是，静态增益实在太低了，只有26dB，我们要消除静态误差，就必须使得增益曲线从0Hz开始就以-1或-2的斜率下降，补偿是不可避免的。
下面就几种典型的补偿方式做一下介绍：
1. 单极点补偿
3. 单零单极补偿
5. 单零双极补偿
6. 双零双极补偿
根据以上的各种补偿电路，我们应该选择哪一个呢？
为了提高静态增益，我们需要在原点处产生一个极点，所以如果要做最简单的补偿，我们应
该采用单零单极补偿电路。
假如我们希望开环传递函数G(S)*H(S)的穿越频率为10kHz，而前面计算的G(S)的穿越频率为7.2kHz，那么H(S)将把整体的穿越频率往后推延2.8kHz。
H(S)由两部分组成，一部分是我们需要设计的补偿环节K(S)，另一部分是PWM的调制比，
即占空比与调制锯齿波电压幅值之间的比例，称之为Fm，如下图所示：
当V E=V P时，占空比为1，所以Fm=1/V P。
H(S)=K(S)*Fm，所以开环传递函数为：G(S)*K(S)*Fm。
K(S)*Fm在10kHz频率点的增益为20log(R2*Fm/R1)，而G(S)在10kHz频率点的增益为：
，即-3.573dB。
所以有：20log(R2*Fm/R1)=3.573
假定V P=5V。
设定反馈分压电阻为Rf1＝3k?，Rf2＝1k?，如下图所示：
在小信号分析时，运放的正极接地，由于运放正负极之间的虚短特性，运放的负极等效于接地，此时R f2被短接，R f1即为补偿网络的电阻R1，即R1=3k?。
据此可以求出：
R2=22.6 k?
希望补偿电路的零点频率为1/2fc，即
可求出C1=4.425nF，取标准值4.7nF。
计算完成之后，让我们来看看补偿的效果吧：
根据计算结果，穿越频率为10.08kHz，相位裕量为60.6°。
OK，计算完成了，结果是相当完美的，完全达到了我们的设计要求，那么仿真的情况会如何呢？会与计算吻合吗？
下面就让我们通过saber的环路仿真来体验一下环路测试的效果吧。
不幸的是，我还无法实现闭环仿真来验证开环传递函数G(S)*H(S)的增益和相位曲线，幸运的是，开环仿真还是可以进行的，我们可以分别对Fm*G(S)和K(S)进行开环仿真，与计算
结果进行对比和相互验证。
要实现频域的环路仿真，就必须用到saber中的环路扫描仪tdsa，它能够向环路注入频率可变的正弦波信号，通过测试反馈信号，获得两者之间的增益和相位关系。
一共有5个脚需要连接相关的信号线，其中ON/OFF是tdsa的使能引脚，通过接入一个logic clock就可以实现tdsa何时开始扫描，可是停止。Input（measure）的+-线分别接入需要测量的回馈信号的正负引脚，output（source）的+-线分别接入信号注入点的正负引脚。
需要设置的属性，
fbegin：扫描起始频率
fend：扫描截止频率
ampl：注入信号的幅值（信号是以0为轴的正弦波）
npoints：从fbegin到fend总共需要扫描的频率点数
max_err：最大误差系数
mode：频率扫描执行的类型
max_nper：每个频点允许扫描的最大周期数
min_nper：每个频点允许扫描的最小周期数
min_tspp：每个扫描周期中允许的最少时间步进数
filter：选择是否需要对输入信号进行滤波
a0：滤波器的增益
f0：滤波器的品质因素
以上参数需要特别设置，其他的参数则不需改变。那么以上这些参数应该如何进行设置呢？分别代表什么意思？
我们要测试开环特性，首先要向环路中的某一点注入频率连续变化的扰动信号，然后在环路的另一点上测量回馈信号，通过对比两者的幅值和相位差就可以获得一定频段内注入点和反馈点之间增益曲线和相位曲线。
那么通过source端向环路中的某一点注入频率连续变化的正弦波电压信号，其幅值就是ampl，一般设置为0.1V即可，如果想测量准确，也可设置的大一点。
注入信号频率变化的范围由fbegin和fend决定，假如说我们想测量100Hz~100kHz之间的开环特性，那么选择fbegin为100，fend为100k。
Tdsa如何扫描呢？即如何实现频率连续变化的信号注入呢？实际上频率是不可能连续变化的，注入的信号还是离散的，即从一个频点间隔的跳到下一个频点，扫描的频点越多，间隔越小，测试结果的准确性越高。在参数栏中，mode和npoints两个参数决定了扫描的频率间隔形式，mode为扫描形式，npoints为总共需要扫描的频点数。Mode有三个可选项：linswp，logswp，rlogswp。Linswp就是线性扫描，假定扫描频率从100Hz~100kHz，npoints为1000，那么从100Hz~100kHz总共有99.9kHz的频谱宽度，每个频点间隔为99.9kHz / 1000=99.9Hz，注入信号的频率为100Hz,199.9Hz,299.8Hz,399.7Hz…100kHz。logswp就是以对数间隔的方式进行扫描，100kHz / 100Hz=1000，log1000=3，那么注入的信号频率为100Hz,100Hz*103/1000, 100Hz*103*2/1000, 100Hz*103*3/1000…100Hz*103*1000/1000。至于rlogswp，我也没搞清楚是如何设置的，大家有时间可以自己研究一下tdsa的使用说明书。对于两种扫描方式，虽然总的频点数一样，但是linswp方式下频点之间的间隔是固定的，而logswp方式下，刚开始时频点之间的间隔很小，越往后频点间隔越大。
另外的几个关键参数都跟仿真的精度相关，首先是max_err，即最大误差系数，在某一个频率点上，tdsa向环路连续注入扰动信号，然后测量回馈的信号，对比增益和相位的变化，直到获得稳定的值。如何判断是否达到稳定？即由max_err决定，将前面三个注入信号和回馈信号的增益和相移取平均值，与当前注入信号和回馈信号的增益和相移对比，如果误差在max_err限定的范围之内，即认为已达稳定状态，可以进行下一个频点的扫描。
Max_nper是在同一个频点上允许扫描的最大周期数，假如在同一个频点上扫描多次还没有达到max_err限定的误差范围，而反复的扫描可能导致仿真周期变得很漫长，或者在某个频点上由于电路某些参数设置不可能，根本就无法获得稳定值，那么这时候就需要跳过这个频点，进入下一个频点进行扫描，max_nper即是允许tdsa在同一个频点扫描的最大次数，一旦达到这个次数，即使还没有达到max_err限定的误差范围，也直接跳过这个频点，进入下一个频点。
Min_nper，这是与max_nper对应的，即在同一个频点最少要扫描的次数，一般取大于3 Min_tspp，设定每一个扫描周期中的最小时间步进数，假如在频点10kHz，扫描一个周期是100uS，那么希望100uS的正弦波尽量准确，就希望分段输入的波形光滑一些，所以需要设定这段正弦波被分割的最少片段数，这个值设定的越大，波形越光滑，测得的相位越准确。Filter，即是否要对tdsa的输入（input）信号进行滤波，默认是要滤波的，因为里面含有高频开关纹波以及一些其他高次谐波，并不是我们环路扫描所需要的。
a0，滤波器的增益。
p0，滤波器的品质因素，滤波器的带宽由f0/p0，假如扫描频点为10kHz，p0为10，那么滤波器的带宽为1kHz，即在input端将把9.5kHz~10.5kHz以外的信号滤掉。
以上参数解释完成之后，让我们来看一下实际的开环仿真电路吧。
为了开环仿真的需要，我们把K(S)和Fm之间的连接断开，即K(S)的输出不再作为Fm的给定，而是通过在PWM生成比较器的正端直接输入一个固定的电压，从而获得一个固定的占空，在本案例中，由于PWM的基波——锯齿波的幅值为5V，为了获得50%的占空比，我们给定一个2.5V电压，如下图所示：
在2.5V给定电压上面，将tdsa的输出端（ouput）信号叠加上去，即为注入的扰动信号，将输出端电解电容的电压接入tdsa的输入端（input），即为回馈电压信号。注入扰动信号使用的是voltage summer这个器件，它能够把参考地相同的两个电压信号相互叠加。
图中的运放选择理想运放，在器件搜索栏中输入op amp，在列表中选择op amp，level 1这个器件添加到原理中。比较器选择逻辑输出比较器，在器件搜索栏中输入comparator，在列表中选择comparator，ideal logic out添加到原理图中。两个电解电容属性栏中的esr分别设置为0.075，电感属性r设置为0.01。
设置tdsa和logic clock参数如下：
Tdsa的使能信号使用logic clock，设置为：freq为1，duty为1，td为10ms，即频率为1，占空比为1，延时10ms。为什么延时10ms才使能tdsa？因为仿真开始时有个暂态振荡的过程，这是我们不想要的，所以需要避开这段时间。
Tdsa的参数如上图所示，起始频率从500Hz开始，因为如果起始频率低，仿真太耗时间，一个100Hz的频率信号，周期是10ms，如果在该频点上扫描10个周期，时间就是100ms，而为了仿真这100ms的运行周期，仿真程序可能要耗时几分钟，如此下来，仿真整个频段，可能需要几个小时的时间。所以起始频点设置的大一点，仿真耗时将大大减小。但是要考虑穿越频率的位置，起始频率必须小于穿越频率，否则环路扫描就没有意义了，因为你测不到穿越频率和相关的相位裕量。在本案例中，估计穿越频率在几kHz，所以设置起始频率500Hz，截止频率20kHz。
设置完成之后，运行operating point/transient，进行参数设置，end time输入1.2。为什么是1.2s？其实这个结束时间越大越好，因为需要完成所有的频点扫描（共400个频点），扫描的周期是比较长的，如果end time不够的话，扫描就停止在end time时间点上，不能完成整个频段的扫描。比如我们估计一下，完成所有的频点扫描共需要3s，那么我们输入10，进行仿真，并不是说仿真程序会在end time达到10s时才结束，而是在tdsa完成所有扫描之后自动结束，即完成20kHz频点的扫描后自动结束仿真程序。在本案例中，估计完成所有的频点扫描，周期在1s以内，所以这里输入1.2。
由于开关的上升时间和下降时间分别设定为200ns，所以time step设置为200n，min time step 设置为199n，max time step设置为400n，这样仿真速度会稍微快一些。
设置完成之后，点击ok，仿真程序开始运行。
仿真运行以后，点击右上角的cmd图标，可以观察仿真程序目前的进度，如上图所示，在仿真进行到10ms时，tdsa启动，开始扫描第一个频点500Hz。
如上图所示，仿真进度在90.81%时被tdsa结束，此时tdsa的所有频点扫描均已完成。
随后弹出cosmoscope仿真结果界面：
在signal manager窗口点击open plotfiles框，弹出文件选择框，选择我们此次的目标文件，其后辍为 _tdsa，前面的test_23.ac为我们仿真文件的ac仿真结果，具体的取决于文件名。在弹出的窗口中，双击AC_result，即可获得我们想要的增益曲线和相位曲线：
测量穿越频率约为2.68kHz，相移约为133.4°。
那么，我们的计算结果如何呢？请看下面的结果：
结算结果显示，G(S)*Fm的穿越频率是2.733kHz，相移是135.1°。至此，计算和仿真的结果完全吻合。是不是有一种豁然开朗的感觉？下面，我们再来仿真一下补偿环节K(S)的相位曲线和增益曲线吧。
由于仅仅仿真补偿环节的传递函数，所以不需要主电路部分，我们把它去掉，在反馈分压电阻的输入端给定一个10V电压源，然后在这个电压源上叠加tdsa的输出信号output。
此处tdsa的属性设定要做更改，ampl更改为0.01，因为补偿电路是个信号放大环节，所以注入的信号要非常的小，否则运放输出将会超过其供电电压范围。
仿真结果如下：
在10kHz频点，补偿电路的增益为17.5dB，相移为170.9°。
下面通过mathcad计算补偿电路的增益曲线和相位曲线：
经过上面的计算和仿真，我们可以看到，无论是G(S)*Fm还是K(S)，计算和仿真的结果都是一致的，那么对于G(S)*Fm*K(S)，虽然我们没有做仿真来验证，却可以确定，仿真的结果与计算结果必然吻合。
计算和仿真完成之后，让我们再来看一下闭环时的负载动态效果吧。
这里我们需要用到一个动态电阻来模拟负载动态，在器件搜中栏中输入resistor，选择resistor，PWL添加到原理图，设置属性如下：
打开属性栏，设置pwl属性如上图所示，意思是0~5ms内阻值为1?，在5ms~5.01ms之内从1?变化到10?，即相当于负载电流在10us内从10A变化到1A，模拟的负载电流变化率约为0.9A/us，负载从100%变化到10%。
点击确定，运行operationg point/transient仿真，end time设置为10ms，因为不做tdsa仿真（tdsa 器件已经删除，运放输出作为PWM比较器的正向输入，系统闭环），10ms的仿真周期就足够了，负载在5ms时发生突变。
仿真结果如下：
输出电压从一个稳态工作点到达下一个稳态工作点，需要大约0.6ms的时间，电压过冲幅度为0.3V，其后快速回落，并经轻微的震荡后达到稳态工作点2。
从仿真可以看出，动态响应速度很快，过冲小，振荡少，完全能够满足要求。
至此，关于buck电路在CCM模式下的电压控制方式环路补偿设计，通过计算和仿真获得了非常清晰的结果，通过这个案例，让大家明确环路补偿设计的方法和流程，让大家拨去心头的迷雾，明明白白的设计我们的产品。
Sab er仿 真实 例共 享 Saber仿真软件作为一种设计工具对电源工程师是非常重要的，现在发起此帖，请大家把自己已经调试成功的Saber仿真实例放论坛让大家共享，相互学习提高。 每个实例请注明：仿真电路主题（电路来源）、Saber软件的版本号、仿真条件（时间End Time、步长Time Step等） 先放第一个实例： PFC芯片L6561仿真实例， Saber2007，L6561数据手册电路，End Time=20m、Time Step=1u 其中：一个周期内输入电压电流跟踪波形： 其中变压器设置情况如下：
其中: 电路、磁心型号EE3528、匝数24:2、气隙1.8mm 等数据来源于控制芯片L6561数据手册 磁心材质"3C8"(相当于PC40), 截面84.8u(平方米), 磁路长69.7m(米), 数据来源于EE3528磁心数据手册. 原边绕组电阻10m(欧姆), 副边绕组电阻1m(欧姆),是大致估计,完了修正. L6561.rar 临时.bmp ? 回复 ? 分享 ? 2010-03-27 20:37 ? ? 1楼 ? simon009 ? | 本网技工 (119) | 发消息 太感谢了！！！！！ ? 回复 ? ? 2010-03-27 20:41 ? 2楼 ? nc965 ? | 副总工程师 (2001) | 发消息
simon 20:44:48 请问下，ETD29是你自己搭建的模型吗？ 清风 20:44:58 不是 simon 20:45:15 貌似saber里面没有哟。。。 清风 20:46:01 非线形2绕组变压器模型,里面输参数即可?回复 ? ?2010-03-27 20:46 ?22楼 ?yunyun ?| 助理工程师 (373) | 发消息 感谢！！！！ ?回复 ? ?2010-03-31 12:15 ?3楼 ?nc965 ?| 副总工程师 (2001) | 发消息 PWM芯片SG3845仿真实例，Saber2007，Time Step=1u 3845.rar ?回复 ? ?2010-03-27 22:20 ?4楼 ?nc965 ?| 副总工程师 (2001) | 发消息 6KW移相全桥准谐振软开关电焊电源 Saber2007，Time Step=1u 单管电压\电流\损耗波形
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 (25) 6KW移相全桥准谐振软开关电焊电源 (27) 问答 (27)
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
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SaberSketch SaberSketch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。 打开电路图编辑窗口 在启动SaberSketch后，要打开电路图编辑窗口，操作如下：▲要创建一个新的设计，选择File>New>Design，或者点击快捷图标，会打开一个空白窗口。 ▲要打开一个已有的设计，选择File>Open>Design，或者点击快捷图标，在Open Design 对话框中选择要打开的设计。
Saber常见电路仿真实例 一稳压管电路仿真 (2) 二带输出钳位功能的运算放大器 (3) 三5V/2A的线性稳压源仿真 (4) 四方波发生器的仿真 (7) 五整流电路的仿真 (10) 六数字脉冲发生器电路的仿真 (11) 七分频移相电路的仿真 (16) 八梯形波发生器电路的仿真 (17) 九三角波发生器电路的仿真 (18) 十正弦波发生器电路的仿真 (20) 十一锁相环电路的仿真 (21)
一稳压管电路仿真 稳压管在电路设计当中经常会用到，通常在需要控制电路的最大输入、输出或者在需要提供精度不高的电压参考的时候都会使用。下面就介绍一个简单例子，仿真电路如下图所示： 在分析稳压管电路时，可以用TR分析，也可以用DT分析。从分析稳压电路特性的角度看，DT分析更为直观，它可以直接得到稳压电路输出与输入之间的关系。因此对上面的电路执行DT分析，扫描输入电压从9V到15V，步长为0.1V，分析结果如下图所示： 从图中可以看到，输入电压在9～15V变化，输出基本稳定在6V。需要注意的是，由于Saber仿真软件中的电源都是理想电源，其输出阻抗为零，因此不能直接将电源和稳压管相连接，如果直接连接，稳压管将无法发挥作用，因为理想电源能够输
出足以超出稳压管工作范围的电流。 二带输出钳位功能的运算放大器 运算放大器在电路设计中很常用,在Saber软件中提供了8个运放模板和大量的运放器件模型,因此利用Saber软件可以很方便的完成各种运方电路的仿真验证工作.如下图所示的由lm258构成的反向放大器电路,其放大倍数是5,稳压二极管1N5233用于钳位输出电压. 对该电路执行的DT分析,扫描输入电压从-2V->2V,步长为0.1V,仿真结果如下图所示:
Saber电源仿真——基础篇 电路仿真作为电路计算的必要补充和论证手段，在工程应用中起着越来越重要的作用。熟练地使用仿真工具，在设计的起始阶段就能够发现方案设计和参数计算的重大错误，在产品开发过程中，辅之以精确的建模和仿真，可以替代大量的实际调试工作，节约可观的人力和物力投入，极大的提高开发效率。 Saber仿真软件是一个功能非常强大的电路仿真软件，尤其适合应用在开关电源领域的时域和频域仿真。但由于国内的学术机构和公司不太重视仿真应用，所以相关的研究较少，没有形成系统化的文档体系，这给想学习仿真软件应用的工程师造成了许多的困扰，始终在门外徘徊而不得入。 本人从事4年多的开关电源研发工作，对仿真软件从一开始的茫然无知，到一个人的苦苦探索，几年下来也不过是了解皮毛而已，深感个人力量的渺小，希望以这篇文章为引子，能够激发大家的兴趣，积聚众人的智慧，使得我们能够对saber仿真软件有全新的认识和理解，能够在开发工作中更加熟练的使用它，提高我们的开发效率。 下面仅以简单的实例，介绍一下saber的基本应用，供初学者参考。 在saber安装完成之后，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： 在进入原理图绘制界面之后，可以按照我们自己的需要来绘制电路原理图。首先，我们来绘制一个简单的三极管共发射极电路。
第一步，添加元器件，在空白处点击鼠标右键菜单get part—>part gallery 有两个选择器件的方法，上面的左图是search画面，可以在搜索框中键入关键字来检索，右图是borwse画面，可以在相关的文件目录下查找自己需要的器件。 通常情况下，选择search方式更为快捷，根据关键字可以快速定位到自己想要的器件。 如下图所示，输入双极型晶体管的缩写bjt，回车确定，列表中显示所有含有关键字bjt的器件，我们选择第三个选择项，这是一个理想的NPN型三极管，双击之后，在原理图中就添加了该器件。 依照此方法，我们先后输入voltage source查找电压源，并选择voltage source general purpose 添加到原理图。输入resistor，选择resistor[I]添加到原理图（添加2个）。输入GND，选择ground（saber node 0）添加到原理图，ground（saber node 0）是必须的，否则saber仿真将因为没有参考地而无法进行。 添加完器件之后，用鼠标左键拖动每个器件，合理布置位置，鼠标左键双击该器件，即可修改必要的参数，在本示例中，仅需要修改电压源的电压，电阻的阻值，其他的都不需修改。然后按下键盘的W键，光标变成了一个十字星，即表示可绘制wire（连线），将所有的器件连接起来。如下图所示：
SABER讲义 第一章使用Saber Designer创建设计 本教材的第一部分介绍怎样用Saber Design创建一个包含负载电阻和电容的单级晶体管放大器。有以下任务： *怎样使用Part Gallery来查找和放置符号 *怎样使用Property Editor来修改属性值 *怎样为设计连线 *怎样查找一些常用模板 在运行此教材前，要确认已正确装载Saber Designer并且准备好在你的系统上运行（找系统管理员）。 注： 对于NT鼠标用户：两键鼠标上的左、右键应分别对应于本教材所述的左、右键鼠标功能。如果教材定义了中键鼠标功能，还介绍了完成该任务的替代方法。 一、创建教材目录 你需要创建两个目录来为你所建立的单级放大器电路编组数据。 1. 创建（如有必要的话）一个名为analogy_tutorial的目录，以创建教材实 例。 2. 进入analogy_tutorial目录。 3. 创建一个名为amp的目录。 4. 进入amp目录。 二、使用Saber Sketch创建设计 在这一部分中，你将使用Saber Sketch设计一个单级晶体管放大器。 1. 调用Saber Sketch（Sketch），将出现一个空白的原理图窗口。 2. 按以下方法为设计提供名称
3) 通过选择File＞Save As …菜单项，存储目前空白的设计。此时将出 现一个Save Schematic As对话框，如图1所示。 图 1 2) 在File Name字段输入名称Single_amp。 3) 单击OK。 3. 检查Saber Sketch工作面 1)将光标置于某一图符上并保持在那里。会显示一个文字窗口来识别该 图符。在工作面底部的Help字段也可查看有关图符的信息 2)注意有一个名为Single_amp的Schematic窗口出现在工作面上。 三、放置部件 在教材的这一部分你将按图2所示在原理框图上放置符号。图中增加了如r1、r2等部件标号以便参照。
saber中文使用教程sabersimulink协同仿真Saber中文使用教程之软件仿真流程 今天来简单谈谈 Saber 软件的仿真流程问题。利用 Saber 软件进行仿真分析主要有两种途径，一种是基于原理图进行仿真分析，另一种是基于网表进行仿真分析。前一种方法的基本过程如下: a. 在 SaberSketch 中完成原理图录入工作; b. 然后使用 netlist 命令为原理图产生相应的网表; c. 在使用 simulate 命令将原理图所对应的网表文件加载到仿真器中，同时在 Sketch 中启动 SaberGuide 界面; d. 在 SaberGuide 界面下设置所需要的仿真分析环境，并启动仿真; e. 仿真 CosmosScope 工具对仿真结果进行分析处理。结束以后利用 在这种方法中，需要使用 SaberSketch 和 CosmosScope 两个工具，但从原理图开始，比较直观。所以，多数 Saber 的使用者都采用这种方法进行仿真分析。但它有一个不好的地方就是仿真分析设置和结果观察在两个工具中进行，在需要反复修改测试的情况下，需要在两个窗口间来回切换，比较麻烦。而另一种方法则正好能弥补它的不足。基于网表的分析基本过程如下: a. 启动 SaberGuide 环境，即平时大家所看到的 Saber Simulator 图标，并利用 load design 命令加载需要仿真的网表文件 ; b. 在 SaberGuide 界面下设置所需要的仿真分析环境，并启动仿真; c. 仿真结束以后直接在 SaberGuide 环境下观察和分析仿真结果。 这种方法要比前一种少很多步骤，并可以在单一环境下实现对目标系统的仿真分析，使用效率很高。但它由于使用网表为基础，很不直观，因此多用于电路系统结构已经稳定，只需要反复调试各种参数的情况;同时还需要使用者对 Saber 软
Saber中文使用教程之软件仿真流程（1） 今天来简单谈谈 Saber 软件的仿真流程问题。利用 Saber 软件进行仿真分析主要有两种途径，一种是基于原理图进行仿真分析，另一种是基于网表进行仿真分析。前一种方法的基本过程如下： a. 在 SaberSketch 中完成原理图录入工作； b. 然后使用 netlist 命令为原理图产生相应的网表； c. 在使用 simulate 命令将原理图所对应的网表文件加载到仿真器中，同时在Sketch 中启动 SaberGuide 界面； d. 在 SaberGuide 界面下设置所需要的仿真分析环境，并启动仿真； e. 仿真结束以后利用 CosmosScope 工具对仿真结果进行分析处理。 在这种方法中，需要使用 SaberSketch 和 CosmosScope 两个工具，但从原理图开始，比较直观。所以，多数 Saber 的使用者都采用这种方法进行仿真分析。但它有一个不好的地方就是仿真分析设置和结果观察在两个工具中进行，在需要反复修改测试的情况下，需要在两个窗口间来回切换，比较麻烦。而另一种方法则正好能弥补它的不足。基于网表的分析基本过程如下： a. 启动 SaberGuide 环境，即平时大家所看到的 Saber Simulator 图标，并利用 load design 命令加载需要仿真的网表文件 ; b. 在 SaberGuide 界面下设置所需要的仿真分析环境，并启动仿真； c. 仿真结束以后直接在 SaberGuide 环境下观察和分析仿真结果。 这种方法要比前一种少很多步骤，并可以在单一环境下实现对目标系统的仿真分析，使用效率很高。但它由于使用网表为基础，很不直观，因此多用于电路系统结构已经稳定，只需要反复调试各种参数的情况；同时还需要使用者对 Saber 软件网表语法结构非常了解，以便在需要修改电路参数和结构的情况下，能够直接对网表文件进行编辑
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。 4、由于变压器是置于真实电路的仿真环境中求解的，所有与变压器有关的电路和器件均能够被联合仿真，对变压器的仿真实际上成了对主电路的仿真，从而不仅能够获得变压器的设计参数，还同时获得整个电路的运行参数以及主要器件的最佳设计参数。 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
Saber中文使用教程之软件仿真流程 今天来简单谈谈 Saber 软件的仿真流程问题。利用 Saber 软件进行仿真分析主要有两种途径，一种是基于原理图进行仿真分析，另一种是基于网表进行仿真分析。前一种方法的基本过程如下： a. 在 SaberSketch 中完成原理图录入工作； b. 然后使用 netlist 命令为原理图产生相应的网表； c. 在使用 simulate 命令将原理图所对应的网表文件加载到仿真器中，同时在Sketch 中启动 SaberGuide 界面； d. 在 SaberGuide 界面下设置所需要的仿真分析环境，并启动仿真； e. 仿真结束以后利用 CosmosScope 工具对仿真结果进行分析处理。 在这种方法中，需要使用 SaberSketch 和 CosmosScope 两个工具，但从原理图开始，比较直观。所以，多数 Saber 的使用者都采用这种方法进行仿真分析。但它有一个不好的地方就是仿真分析设置和结果观察在两个工具中进行，在需要反复修改测试的情况下，需要在两个窗口间来回切换，比较麻烦。而另一种方法则正好能弥补它的不足。基于网表的分析基本过程如下： a. 启动 SaberGuide 环境，即平时大家所看到的 Saber Simulator 图标，并利用 load design 命令加载需要仿真的网表文件 ; b. 在 SaberGuide 界面下设置所需要的仿真分析环境，并启动仿真； c. 仿真结束以后直接在 SaberGuide 环境下观察和分析仿真结果。 这种方法要比前一种少很多步骤，并可以在单一环境下实现对目标系统的仿真分析，使用效率很高。但它由于使用网表为基础，很不直观，因此多用于电路系统结构已经稳定，只需要反复调试各种参数的情况；同时还需要使用者对 Saber 软件网表语法结构非常了解，以便在需要修改电路参数和结构的情况下，能够直接对网表文件进行编辑 saber中文使用教程Saber/Simulink协同仿真 接下来需要在Saber中定义输入输出接口以便进行协同仿真,具体过程如下
SABER与控制系统仿真 1. 应用背景 1．1 为什么要使用控制系统仿真 对于SABER强大的电路仿真功能我们已经有所了解，在模块电路中，我们的反馈控制方法通常比较简单，一般就是一些电阻和电容的组合，但是对更为复杂的控制模式，控制参数的定义难以用模拟电路组合实现，指标间的对应关系也不直观，应用控制系统仿真，便于直观理解以便优化指标，便于转化到数字实现（DSP），而且可以实现一些复杂的控制方式（例如三相系统中常用的静止和旋转的坐标变换） 1．2 SABER在控制系统仿真的优势和制约 优势： SABER作为混合仿真系统，可以兼容模拟，数字，控制量的混合仿真，便于在不同层面上分析和解决问题，其他仿真软件不具备 这样的功能。 制约：不支持离散系统的频域分析，以及状态方程的分析方法。 1．3 控制系统仿真应用范围 主要应用在变频器，UPS，以及未来的数字化电源系统的控制算法设计 部分。 2. 基本方法 2．1控制流原则 在控制系统仿真中用到的模型有两个特点： 1、它们都是无量纲的数值，不论电流，电压，速度，角度， 在进行控制系统仿真之前都必须转化为无量纲的数字，因 为对于控制处理机构而言，它只关心分析对象的数学行 为，这是为了进行统一的分析。 2、信号流向是单相的，必须从一个模型的输出（out）口流入 到另外一个模型的输入端口，不能颠倒。而模拟电路器件 的端口是不区分类别的，信号可以从断口流出也可以流 入，只有正负号不同。为了解释这个问题，我们看一个例 子如下。
上图中左边和右边分别是一个RC并联电路在电路仿真和控制系统仿真中的描述，在控制系统中用一个积分环节表示电容，对于电路中的电容模型，我们可以以电压或者电流任何一个作为输入量求解另外一个，而在控制系统一旦确定模型方式，输入量就唯一确定，在该例子中选用积分环节，则输入只能是电流才能够描述电容行为，输入如果是电压量，则描述的就是一个电感了。这也说明控制系统的模型具有普遍的应用性。 2．2 基本模型类别 首先我们以一个例子来看看控制系统中常用的有哪些模型： 这是一个双环控制的半桥PFC的控制模型仿真图，图中用虚线框住的部分为主电路等效，下面部分为控制电路等效。其中包含模型如下：2．2．1 信号源模型：如图所示 控制系统仿真中的信号源类型（例如正弦，三角） 以及赋值方法与电路仿真中一样，不同的是两点： 它只有一个输出端口，必须接到其他模型的输入 端口， 它无量纲，可以描述各种同样数学行为的物理量， 比如正弦信号可以是电压也可以是电流。
稳压管电路仿真 稳压管在电路设计当中经常会用到，通常在需要控制电路的最大输入、输出或者在需要提供精度不高的电压参考的时候都会使用。下面就介绍一个简单例子，仿真电路如下图所示： 在分析稳压管电路时，可以用TR分析，也可以用DT分析。从分析稳压电路特性的角度看，DT分析更为直观，它可以直接得到稳压电路输出与输入之间的关系。因此对上面的电路执行DT分析，扫描输入电压从9V到15V，步长为0.1V，分析结果如下图所示： 从图中可以看到，输入电压在9～15V变化，输出基本稳定在6V。需要注意的是，由于Saber仿真软件中的电源都是理想电源，其输出阻抗为零，因此不能直接将电源和稳压管相连接，如果直接连接，稳压管将无法发挥作用，因为理想电源能够输出足以超出稳压管工作范围的电流。 带输出钳位功能的运算放大器
运算放大器在电路设计中很常用,在Saber软件中提供了8个运放模板和大量的运放器件模型,因此利用Saber软件可以很方便的完成各种运方电路的仿真验证工作.如下图所示的由lm258构成的反向放大器电路, 其放大倍数是5,稳压二极管1N5233用于钳位输出电压. 对该电路执行的DT分析,扫描输入电压从-2V-> 2V , 步长为0.1V, 仿真结果如下图所示: 从仿真结果可以看出,当输入电压超出一定范围时, 输出电压被钳位. 输出上限时6.5V, 下限是-6.5V. 电路的放大倍数A=-5. 注意: 1. lm258n_3 是Saber中模型的名字, _3代表了该模型是基于第三级运算放大器模板
建立的. 2. Saber软件中二极管器件级模型的名字头上都带字母d, 所以d1n5233a代表1n5233的模型. 5V/2A的线性稳压源仿真 下图所示的电路利用78L05+TIP33C完成了对78L05集成稳压器的扩展，实现5V/2A 的输出能力。 为了考察电路的负载能力，可以在Saber软件中使用DT分析，扫描变化负载电流，得出输出电压与输出电流的关系，也就可以得到该电路的负载调整率了。DT分析参数设置为： Independent source = i_dc.iload sweep from 0.01 to 2 by 0.1.。 分析结果如下图所示： 从上图可以看出，在整个范围内(0.01A SABER与控制系统仿真 1.应用背景 1．1为什么要使用控制系统仿真 对于SABER强大的电路仿真功能我们已经有所了解，在模块电路中，我们的反馈控制方法通常比较简单，一般就是一些电阻和电容的组合，但是对更为复杂的控制模式，控制参数的定义难以用模拟电路组合实现，指标间的对应关系也不直观，应用控制系统仿真，便于直观理解以便优化指标，便于转化到数字实现（DSP），而且可以实现一些复杂的控制方式（例如三相系统中常用的静止和旋转的坐标变换） 1．2SABER在控制系统仿真的优势和制约 优势：SABER作为混合仿真系统，可以兼容模拟，数字，控制量的混合仿真，便于在不同层面上分析和解决问题，其他仿真软件不具备 这样的功能。 制约：不支持离散系统的频域分析，以及状态方程的分析方法。 1．3控制系统仿真应用范围 主要应用在变频器，UPS，以及未来的数字化电源系统的控制算法设计 部分。 2.基本方法 2．1控制流原则 在控制系统仿真中用到的模型有两个特点： 1、它们都是无量纲的数值，不论电流，电压，速度，角度， 在进行控制系统仿真之前都必须转化为无量纲的数字，因 为对于控制处理机构而言，它只关心分析对象的数学行 为，这是为了进行统一的分析。 2、信号流向是单相的，必须从一个模型的输出（out）口流入 到另外一个模型的输入端口，不能颠倒。而模拟电路器件 的端口是不区分类别的，信号可以从断口流出也可以流 入，只有正负号不同。为了解释这个问题，我们看一个例 子如下。 上图中左边和右边分别是一个RC并联电路在电路仿真和控制系统仿真中的描述，在控制系统中用一个积分环节表示电容，对于电路中的电容模型，我们可以以电压或者电流任何一个作为输入量求解另外一个，而在控制系统一旦确定模型方式，输入量就唯一确定，在该例子中选用积分环节，则输入只能是电流才能够描述电容行为，输入如果是电压量，则描述的就是一个电感了。这也说明控制系统的模型具有普遍的应用性。 2．2基本模型类别 首先我们以一个例子来看看控制系统中常用的有哪些模型： 这是一个双环控制的半桥PFC的控制模型仿真图，图中用虚线框住的部分为主电路等效，下面部分为控制电路等效。其中包含模型如下：2．2．1 信号源模型：如图所示 控制系统仿真中的信号源类型（例如正弦，三角） 以及赋值方法与电路仿真中一样，不同的是两点： 它只有一个输出端口，必须接到其他模型的输入 端口， 它无量纲，可以描述各种同样数学行为的物理量， 比如正弦信号可以是电压也可以是电流。 第二章仿真模拟前序 在SaberSketch中画完电路图后，就可以对设计进行仿真了 指定顶级电路图 要用Saber对设计进行模拟，必须让SaberSketch知道设计中哪个电路图是最上层的，因为Saber在打开时只能有一个网表，所以在SaberSketch中只能指定一个顶级电路图。如果电路图不包含层次设计，SaberSketch会默认打开的电路图为顶级电路图，可以略过此步，否则，要用SaberSketch中Design>Use>Design_name来指定顶级电路图。 当指定顶级电路图后，SaberSketch在用户界面右下角显示设计名称，同时创建一个包含其它模拟信息和层次管理的文件（Design.ai_dsn）。如果电路图是层次的，SaberSketch会增加一个Design Tool（选择Tools>Design Tool或者点击工具栏中的Design Tool图标），如图2－1所示，可以用Design Tool来打开、保存、关闭层次图中的电路图，也可以在各个层次间浏览。虽然只指定一个顶级图，但仍可以打开、浏览层次图以外的其它电路图。 图2－1 Design Tool 网表 由于Saber不能直接读取电路图，必须通过网表器产生的网表来进行模拟。产生的网表器是一个ASCII文件，包含元件名、连接点和所有非默认的元件参数。要进行模拟时，只要网表中的连接不同于设计中的，SaberSketch会自动对设计进行网表化。例如：如果增加或修改一条连线，下次分析时，SaberSketch会自动对设计进行网表化并重新调入到Saber中。如果改变连线的颜色，再去进行分析，Saber将使用原有的网表，因为设计的连接没有改变。如果改变属性，SaberSketch会自动发送一条Alter命令到Saber中，改变内存网表，因而减少了重新网表化的需要。 设定网表器和Saber实施选项 只有第一次运行分析时，Saber才会创建网表并运行，在SaberGuide中进行分析之前，应验证网表器和Saber实施选项。 1、在SaberGuide中验证网表器（Edit>Saber/Netlister Setting），网表器用下面的选 世纪电源网一位版主“拒绝变帅”的帖子，基本拓扑在saber中的仿真，旨在让大家扎实基础，对全面找工作不无帮助。 先从BUCK谈起吧，如图所示： 输入20V，占空比0.5，CCM模式。 基本的： 开关导通时，输入电源给电感充电，同时也提供一部分能量给负载。 开关断开时，电感的能量向负载释放，此时没Vin什么事了。 仿真结果图： 输出电压纹波： 仿真文件： buck.rar 时间：5ms 步长：1us 给这个图是为了与交错buck的输出纹波进行比较。 交错的好处： 1，减小输入输出纹波； 2，热量分散开，易于散热； 3，可以用小容量的MOS和小体积的磁芯； 4，减小输出端电容； 5，。。。（大家补充） 下面同时仿了下交错buck，两路驱动信号相位相差180°。电路图： 输出电压纹波比较： 上为交错的，下为单路的，很明显，交错之后，在同样的输出电容下，具有更小的纹波，也可以看作与原来同样纹波的情况下，可以减小输出电容。 电感电流波形： 从图上可以看出，电感电流波形是错开的，起到相互抵消的作用。也相当于使纹波频率加倍，这样有利于EMI滤波器的设计，所以说交错对EMI也是好处。 交错buck仿真文件： buck2.rar buck比较简单，也不涉及到难的问题，就先到这里。 上面仿真我取的占空比是0.5，开环仿真，这里提两个问题供讨论： 1，占空比与输出纹波有什么关系？ 2，闭环仿真中，交错的两路是否可以共用一个控制回路，也就是说仅在产生的PWM后作处理去驱动另一路，前面共用误差放大器和比较器？ 下面继续BOOST电路~ BOOST电路： 开关NO：此时电感储能，输出电容向负载功能。 开关OFF：此时Vin和电感共同向负载提供能量。在OFF期间，Vin也提供能量，这个是boost 与后面要说的buck-boost的关键区别。 下面是仿真，参数：Vin=20V，D=0.5，f=100kHZ，CCM模式。 输出纹波大小： 浅谈Saber仿真步骤 ①绘制设计对象的电路。 ?首先进人SaberSketch 界面，点击Part。二响按钮，调出所需要的元器件。寻找元件的方法有两种，可以通过Search String搜索，也可以双击Available Categorie中的Mast Parts Library项，在各类别中寻找。 ?第二步编辑元器件属性，双击元器件即可编辑。 ?第三步将各元器件连接。得到原理图。 ?如果电路图较复杂，则要为各分电路图创建符号，符号名要与电路图名一致，后缀为.Ai-sym。符号要与电路或MAST 模板连接。最后点击Design 菜单中的Netlist选项生成该设计的网络表。点击Design 菜单中的Simulate 选项加载设计。此后就可以进行仿真分析。 ?②电路分析。 ?Saber 中主要有直流工作点分析、直流传递特性分析、时域分析、频域分析、线性系统分析、灵敏度分析、参数扫描分析、统计特性分析（蒙特卡罗分析等）、傅立叶变换。其中，直流工作点分析要注意Holldnodes项的设置 以及算法的选择；直流传递特性的分析要注意在某一电源变化时电路中的参数随电源的变化规律；交流小信号分析要注意number of points项设置；暂态分析要注意Run DAnalysis First 项，Allow IP=EP项，Initial Point File 的设置。计算直流工作点，点击Analyses > Operating Point >DOperating Point…，确定后即开始分析。通过Results>Operating Point Report…生成的报告可以看到直流分析结果。 ?频域分析，点击Analyses ＞Frequency ＞Small-SignAC…，设定Start Frequency ：0.1；End Frequency ：1000；Number of Points：10000；Plot 稳压管电路仿真 今天是俺在网博电源网上开始写Blog的第一天，一直没想好写点什么，正好论坛上有网友问我在Saber环境中如何仿真稳压管电路，就以稳压管电路仿真做为俺在网博上的第一篇Blog吧。稳压管在电路设计当中经常会用到，通常在需要控制电路的最大输入、输出或者在需要提供精度不高的电压参考的时候都会使用。下面就介绍一个简单例子，仿真电路如下图所示： 在分析稳压管电路时，可以用TR分析，也可以用DT分析。从分析稳压电路特性的角度看，DT分析更为直观，它可以直接得到稳压电路输出与输入之间的关系。因此对上面的电路执行DT分析，扫描输入电压从9V到15V，步长为0.1V，分析结果如下图所示： 从图中可以看到，输入电压在9～15V变化，输出基本稳定在6V。需要注意的是，由于Saber仿真软件中的电源都是理想电源，其输出阻抗为零，因此不能直接将电源和稳压管相连接，如果直接连接，稳压管将无法发挥作用，因为理想电源能够输 出足以超出稳压管工作范围的电流。 带输出钳位功能的运算放大器 运算放大器在电路设计中很常用,在Saber软件中提供了8个运放模板和大量的运放器件模型,因此利用Saber软件可以很方便的完成各种运方电路的仿真验证工作.如下图所示的由lm258构成的反向放大器电路, 其放大倍数是5,稳压二极管1N5233用于钳位输出电压. 对该电路执行的DT分析,扫描输入电压从-2V-> 2V , 步长为0.1V, 仿真结果如下图所示: 从仿真结果可以看出,当输入电压超出一定范围时, 输出电压被钳位. 输出上限时6.5V, 下限是-6.5V. 电路的放大倍数A=-5. 注意: 1. lm258n_3 是Saber中模型的名字, _3代表了该模型是基于第三级运算放大器模板建立的. 2. Saber软件中二极管器件级模型的名字头上都带字母d, 所以d1n5233a代表1n5233的模型. 5V/2A的线性稳压源仿真 下图所示的电路利用78L05+TIP33C完成了对78L05集成稳压器的扩展，实现5V/2A 的输出能力。 为了考察电路的负载能力，可以在Saber软件中使用DT分析，扫描变化负载电流，得出输出电压与输出电流的关系，也就可以得到该电路的负载调整率了。DT分析参数设置为： Independent source = i_dc.iload sweep from 0.01 to 2 by 0.1.。 分析结果如下图所示： ?今天开始,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3000u 3.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->mtp4n80e b.Current Sense R10=0.33->R10=0.55 c.Output Rectifier USD945->mbr2545ct UFS1002->ues704 d.T1采用xfrl3template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: Saber软件仿真主要设置对应中文翻译 仿真器主要参数： Monitor Progress：进度显示控制； Sample Point Density; Holdnodes：保留点； Release Holdnodes：释放保留点； Display After Analysis：自动显示结果。 Sample Point Density：取值对输出波形的影响，取值越大，曲线越平滑，越逼近真实波形。 仿真器主要参数： Ending Initial Point File：结束文件； Use Initial Conditions：是否使用初始条件。 交流小信号分析 波特图幅频特性：频率坐标用对数刻度，增益幅值按DB数等分刻度。 交流小信号用于检验系统的频域响应特性，可用直流工作点分析结果作为本分析的工作点。频率特性曲线都用波特图描述。 Analyses > Frequency > Small Signal AC 仿真器主要参数： Start Frequency：初始频率； End Frequency：终止频率； Number of Points：分析点数； Increment Type：步进类型； Run DC Analysis First：是否进行直流分析； Plot After Analysis：自动显示分析结果。 仿真器主要参数： Signal List：信号列表； Include Signal Types：选择信号类型； Include Signal Types：信号类型； Data File：数据文件； Initial Point File：初始文件。 选择信号 All Top Level Signals：所有顶层信号； All Signals：所有信号； Get Selected Signals：覆盖模式； Append Selected Signals：追加模式； Browse Design：在信号列表中选择需要进行分析的信号。 瞬态分析 瞬态分析用于检验系统的时域特性，此分析通常从静态工作点开始。但对于自激振荡电路应从零时刻开始。 功率变换器计算机仿真与设计题目BUCK变换器电路设计 学生姓名 学号 学院 专业电气工程及自动化 班级 指导教师 2013年 10月 20日 一、设计要求 1.1 设计指标： 设计一个BUCK直流变换器，主电路拓扑如图1.1（参数需重新设置），使得其满足以下性能要求： 高压侧蓄电池输入电压V in：30-60V(额定电压48V) 低压侧直流母线输出电压V out：24V 输出电压纹波V out（p-p）：25mV 输出电流I out：2A 开关频率f s：200kHz 电感电流临界连续时I G：0.1A 12 图1.1 二、开环参数计算及仿真 2.1 主电路参数计算： (1)高压侧输入电压V in 变化范围为30-60V ，低压侧输出电压V out 为24V ，则占空比： 8.030 24 min max === in out V V D 4.06024 max min === in out V V D 5.048 24 === innom out nom V V D (2)由于输出电流I out 为2A ，故负载电阻：12out out V R I = =Ω (3)根据电感电流临界连续时I G ：0.1A ，可由下式计算得滤波电感感值： H T I U L U T I L OFF o o CCM o μμ3605)4.01(2 .024 2max min )min(=?-?--==?=?? (4)根据输出电压纹波V out （p-p ）为25mV ，可由下式计算得滤波电容容值： uF f V I C I T C idt C V p p out ripple o p p out T 510 200102582 .082211133)(0) (2=????==?==---? 取F C f μ10=，其中开关频率f 为200KHZ 。 在实际器件中，电容存在寄生电阻，因此实际器件仿真时，电容的选取如下： Ω ====???=??=?-m 125ESR ,600C ,u 520C 25,10652.0min max pp 6 uF F mV V C ESR I V 取而 2.2 开关管及二极管应力计算： （1）开关管的选取 功率管承受的最大电压为60V ，流过开关管电流最大值为2A ，开关管电压电流降额系数均为0.5，则开关管电压要大于或等于120V ，电流最大值要大于4A 。粗略以最大占空比计算电流的有效值为3.2A ，则最大功率为384W ，取400W 。根据仿真,可选irf460作为开关管。 （2）二极管的选取saber与控制系统仿真
saber仿真模拟前序
各种拓扑在SABER中的仿真
浅谈Saber仿真步骤
saber教程1
saber仿真实例
Saber软件仿真主要设置对应中文翻译
BUCK电路的Saber仿真
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