开关电源仿真
开关电源中变压器的Saber仿真辅助设计一：反激
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。
附件下载磁芯手册.XLS
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。需要注意的是，k 为 0。99 时，漏感并不等于 lp 或者 ls 的
1/100。漏感究竟是多少，后述。
其他设置项我没有用过，不懂的可以保持默认值。
非线性变压器参数设置（以2绕组为例）：
其中：
np、ns 初级、次级匝数
rp、rs 初级、次级绕组直流电阻值
area 磁芯截面积，即 Ae，单位平方米，84.8u 即 84.8 微平方米，也就是84.8 平方毫米。
len_fe 磁路长度，单位米，这里的 69.7m 是EE3528磁芯的数据
len_air 气隙长度，单位米，这里的 1.8m 是最后获得的设计参数之一。matl 磁芯材质，下一讲了
其他参数我也不会用，特别是没有找到表达漏感的设置。
有了Saber 中这两类变压器模型，基本上足以应付针对变压器的仿真了。他们的特点是，xfrl 模型速度快，不会饱和，而且有漏感表达，xfrnl 模型真实，最后得出设计数据主要靠它了。
应用这两个模型有几个小技巧需要掌握：
1、已知 lp、ls 求匝比，或者已知 lp、匝比求 ls
2、已知线径、股数、匝数、温度，计算绕组电阻值
3、已知磁芯型号，查磁芯手册获得 area、len_fe 参数
三、 Saber中的磁性材料
总共在Saber(2007)中找到9种材质的磁心，参数如下：
Saber的磁心采用的是飞利浦的材质系列，但是不知道什么原因除了表中黄色部分的4种材质外，查不到其他材质的文档。因此采用了类比法用仿真求出了其他材质的主要参数。类比法用的仿真电路实际上是个电桥，如图：
电路左右对称分流，左边是一线性（理想）电感做参照，右边是需要检测的非线性电感或者变压器。
当信号源很小时，比如1mV，特定已知的材质（比如“3D3”）磁芯电感通过较大阻值的电阻分压后可得到一基准端电压，不同材质可得到一系列相对端电压，并与其初始导磁率成比例关系，从而获得表中系列材质的测试初始导磁率数据。
基于Matlab/Simulink 的BOOST电路仿真 姓名： 学号： 班级： 时间：2010年12月7日
1引言 BOOST 电路又称为升压型电路, 是一种直流- 直流变换电路, 其电路结构如图1 所示。此电路在开关电源领域内占有非常重要的地位, 长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。对它工作过程的理解掌握关系到对整个开关电源领域各种电路工作过程的理解, 然而现有的书本上仅仅给出电路在理想情况下稳态工作过程的分析, 而没有提及电路从启动到稳定之间暂态的工作过程, 不利于读者理解电路的整个工作过程和升压原理。采用matlab仿真分析方法, 可直观、详细的描述BOOST 电路由启动到达稳态的工作过程, 并对其中各种现象进行细致深入的分析, 便于我们真正掌握BOO ST 电路的工作特性。 图1BOO ST 电路的结构 2电路的工作状态 BOO ST 电路的工作模式分为电感电流连续工作模式和电感电流断续工作模式。其中电流连续模式的电路工作状态如图2 (a) 和图2 (b) 所示, 电流断续模式的电路工作状态如图2 (a)、(b)、(c) 所示, 两种工作模式的前两个工作状态相同, 电流断续型模式比电流连续型模式多出一个电感电流为零的工作状态。 (a) 开关状态1 (S 闭合) (b) 开关状态2 (S 关断) (c) 开关状态3 (电感电流为零) 图2BOO ST 电路的工作状态
3matlab仿真分析 matlab 是一种功能强大的仿真软件, 它可以进行各种各样的模拟电路和数字电路仿真，并给出波形输出和数据输出, 无论对哪种器件和哪种电路进行仿真, 均可以得到精确的仿真结果。本文应用基于matlab软件对BOO ST 电路仿真, 仿真图如图3 所示,其中IGBT作为开关, 以脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%的通断来仿真图2 中开关S的通断过程。 图3BOO ST 电路的PSp ice 模型 3.1电路工作原理 在电路中IGBT导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。负载侧输出电压的平均值为: （3-1） 式（3-1）中T为开关周期, 为导通时间，为关断时间。
万方数据
万方数据
基于OrCAD的开关电源仿真 作者：刘彬， 王珂， 魏巍， 赵红玉， 马恺， 付廖凯， 郭健鹏 作者单位：刘彬,王珂,魏巍,赵红玉,马恺(中国矿业大学信电学院,221008)， 付廖凯,郭健鹏(中国矿业大学徐海学院,221008) 刊名： 中国科技信息 英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)：2008(20) 本文读者也读过(8条) 1.彭晓珊.余明扬PWM控制的开关电源仿真研究[期刊论文]-株洲工学院学报2003,17(5) 2.吴霞.WU Xia用Orcad PSpice9.2仿真分析输出电压可调的直流稳压电源[期刊论文]-实验室研究与探索 2006,25(7) 3.胡志勇.Hu Zhiyong具有强大功能的OrCAD Capture CIS软件[期刊论文]-印制电路信息2007(4) 4.陶瑞莲OrCAD PSpice在电子线路实验仿真研究[期刊论文]-通信电源技术2010,27(2) 5.许德操.董凌基于EMTDC/PSCAD的数字型高频开关电源仿真研究[会议论文]-2008 6.曾庆立.孟凡斌.陈炳权OrCAD在降压型开关电源优化设计中的应用[期刊论文]-襄樊学院学报2008,29(5) 7.张登奇.Zhang Dengqi调频式开关电源仿真模型的设计与仿真[期刊论文]-电子技术2008,45(11) 8.谭阳红.何怡刚.叶佳卓.伍君锡MATLAB与OrCAD的数据通信[期刊论文]-电气电子教学学报2004,26(3) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/9d482573.html,/Periodical_zgkjxx200820084.aspx
基于UC3842的反激式开关电源的设计与仿真 华南理工大学电力学院冯自成 摘要：反激式开关电源由于纹波小、体积小、效率高等诸多优点占据着小功率开关电源的大部分市场。本文基于UC3842芯片设计了一款反激式开关电源，详细分析了主电路的工作原理、控制电路的设计以及保护电路的设计等，最后在开关电源仿真软件saber中搭建了仿真模型，验证了设计的正确性。 关键词：反激；开关电源；UC3842；反馈电路 ABSTRACT:Flyback switching power source occupies most of the market of low switching power source due to the small ripple,small size,high efficiency advantages.This paper designs a flyback circuit based on the UC3842chip,detailedly describes the working principle of the main circuit,the design of the control circuit and protection circuit.Finally a simulation model was built in saber software to verify the correctness of the design. KEYWORDS：flyback；switching source；UC3842；feedback 0引言 随着开关电源技术的飞速发展，近年来开关稳压电源正朝着小型化、高频化、集成化的方向发展,高效率的开关电源得到越来越多的重视[1]。单端反激式变换器因其电路简单可以高效提供直流输出等许多优点,特别适合用于小功率的开关电源的设计。开关电源的控制可以分为电压型控制和电流型控制，相比单闭环控制的电压型控制，双闭环电流控制具有不可比拟的优点，因此被广泛采用[2]。 本文采用电流型脉宽控制芯片UC3842设计了一款开关电源。UC3842是Unitorde公司（后被TI收购）生产的一种开关电源芯片，在工业生产中被广泛采用。它采用双闭环控制，不但可以使输出端电压保持稳定，而且可以防止原边电流过高，除此之外还集成了内部欠压锁定电路、过压保护电路，输出频率可以根据应用的需要进行调节，可以应用于500KHz频率以下的小功率开关电源中，设计人员只需要提供很少的外接电路就可以完成电路设计[3]。 1反激电路的工作原理 开关变换器是指利用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一种形态的主电路[4].反激式开关电源是开关变换器的一种，其主电路如图1所示。由于变压器同名端在一侧，故输出电压上负下正。当驱动信号为高电平时，开关管导通，电压源给原边电感充电，电感电流线性上升，直到开关管关断时刻，原边电流达到最大值。开关管导通期间，由于二极管承受反向电压，副边没有电流通过。当驱动信号为低电平时，开关管关断，副边二极管承受正向电压开始导通，
开关电源中变压器的Saber仿真辅助设计一：反激 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 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。需要注意的是，k 为0。99 时，漏感并不等于lp 或者ls 的1/100。漏感究竟是多少，后述。 其他设置项我没有用过，不懂的可以保持默认值。 非线性变压器参数设置（以2绕组为例）：
CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 课程设计说明书 课程设计名称: 电力电子 题目:BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 20V/ 10V 电力电子课程设计任务书 二级学院(直属学部):电子信息与电气工程学院专业:电气工程及其自动化班级:所属组号2# 指导教师职称讲师
目录 一、课题背景 (1) 1、buck电路的工作原理 (1)
二、课题设计要求 (2) 三、课题设计方案 (2) 1、系统的组成 (2) 2、主电路部分的设计 (3) 3、闭环系统的设计 (4) 4、闭环系统的仿真 (8) 四、总结及心得体会 (13) 五、参考文献 (14) 附录 (15)
一、课题背景 1、buck 电路的工作原理 Buck 电路是由一个Mosfet S 与负载串联构成的，是一种降压斩波电路，其电路如图1-1， 其中R C 为电容的等效电阻(ESR)。 图1.1 buck 变换器主电路图 由驱动信号周期地控制mosfet S 的导通与截止，通过改变驱动信号的占空比D ，来改变输出电压Uo 。当电路中上管导通时，源极电压等于输入电压，因此驱动管的栅极电压=Vin+Vgs ，IC 不能直接驱动，IC 部将上管的驱动路采用浮地的方式，外接自举电容组成偏置电路来驱动上管。 根据开关管的通断状态列基尔霍夫电压方程： 当开关管导通时： IN O L ON L ON /V V V V L i T ---=? （1-1） 当开关管关断时： O L D L OFF /V V V L i T ++=? （1-2） 2.BUCK 开关电源的应用 自从20世纪70年代，用高频开关电源取代线性调节器式电源以来，高频开关电源得到了很大的发展。40多年来，高频开关电源的技术进步和发展历程有三大标志：①功率半导体开关器件用功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)取代了70年代使用的普通功率晶体管；②高频化PWM 与PFM 控制技术的应用和软开关技术的应用；③开关电源系统集成技术的应用。现代的高频开关电源技术是发展最快、应用最广泛的一种电力电子电源技术。 可以说，凡是用电的电子设备没有不用开关电源的，如家用电器中的电视机、个人计算机、音响设备、日光灯镇流器、医院的医疗设备、通信电源、航空航天电源、UPS 电源、变频器电源、交流电动机的变频调速电源、便携式电子设备的电源等，都要使用高频开关电源。这些电源功率通常仅有几十瓦至几百瓦。手机等移动电子设备的充电器也是开关电源，但功率仅有几瓦。通信交换机、巨型计算机等大型设备的电源也是开关电源，但功率较大，可达数千瓦至数百千瓦。工业上也大量应用开关电源，如数控机床、自动化流水线中，采用各种规格的开关电源为其控制电路供电。
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
基于PI控制方式的5A开关电源的PSIM仿真 一、绪论 随着电子技术的不断发展对电源的要求也不断的提高，开环的电源应该说早就不能满足要求，无论是在输出参数的精度还是抗干扰能力方面都比不上闭环控制系统。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。 常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。本文将通过PSIM用实例来研究PI控制器的调节作用。 二、BUCK总电路设计 Buck变换器最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck 族，现以Buck变换器为例，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。 2.1技术指标 输入直流电压(VIN)：12V 输出电压(VO)：5V； 输出电流(IN)：5A； 输出电压纹波(Vrr)：50mV； 基准电压(Vref)：1.5V； 开关频率(fs)：100kHz。 2.2主电路参数计算 Buck变换器主电路如图（1）所示，其中Rc为电容的等效电阻ESR。
图（1） (1)滤波电容参数计算 输出纹波电压只与电容C 的大小有关及Rc 有关： N rr L rr C I V i V R 2.0=?= （1） 将mv V rr 50=，A I N 5=带入得Ω=05.0c R ，电解电容生产厂商很少给出ESR ，而且ESR 随着电容的容量和耐压变化很大，但是C 与Rc 的乘积趋于常数，约为F Ω*80~50μ。本例中取为 F Ω*75μ则：C=1500μF 。 (2)滤波电感参数计算 当开关管导通与截止时变换器的基尔霍夫电压方程分别如式（2）、（3）所示： ON L ON L O IN T i L V V V V ?=--- （2） OFF L D L O T i L V V V ?=++ （3） 假设二极管的通态压降V V D 5.0=，电感中的电阻压降V V L 5.0=，开关管的导通压降V V O N 5.0=。 又因为
开关电源输入EMI滤波器设计与仿真 1 开关电源特点及噪声产生原因 随着电子技术的高速发展，电子设备种类日益增多，而任何电子设备都离不开稳定可靠的电源，因此对电源的要求也越来越高。开关电源以其高效率、低发热量、稳定性好、体积小、重量轻、利于环境保护等优点，近年来取得快速发展，应用领域不断扩大。开关电源工作在高频开关状态，本身就会对供电设备产生干扰，危害其正常工作；而外部干扰同样会影响其正常工作。开关电源干扰主要来源于工频电流的整流波形和开关操作波形。这些波形的电流泄漏到输入部位就成为传导噪声和辐射噪声，泄漏到输出部位就形成了波纹问题。考虑到电磁兼容性的有关要求，应采用EMI电源滤波器来抑制开关电源上的干扰。文中主要研究的是开关电源输入端的EMI滤波器。 2 EMI滤波器的结构 开关电源输入端采用的EMI滤波器是一种双向滤波器，是由电容和电感构成的低通滤波器，既能抑制从交流电源线上引入的外部电磁干扰，还可以避免本身设备向外部发出噪声干扰。开关电源的干扰分为差模干扰和共模干扰，在线路中的传导干扰信号，均可用差模和共模信号来表示。差模干扰是火线与零线之间产生的干扰，共模干扰是火线或零线与地线之间产生的干扰。抑制差模干扰信号和共模干扰信号普遍有效的方法就是在开关电源输入电路中加装电磁干扰滤波器。EMI滤波器的电路结构包括共模扼流圈(共模电感)L，差模电容Cx 和共模电容Cy。共模扼流圈是在一个磁环(闭磁路)的上下两个半环上，分别绕制相同匝数但绕向相反的线圈。两个线圈的磁通方向一致，共模干扰出现时，总电感迅速增大产生很大的感抗，从而可以抑制共模干扰，而对差模干扰不起作用。为了更好地抑制共模噪声，共模扼流圈应选用磁导率高，高频性能好的磁芯。共模扼流圈的电感值与额定电流有关。差模电容Cx通常选用金属膜电容，取值范围一般在0．1～1μF。Cy用于抑制较高频率的共模干扰信号，取值范围一般为2200～6800 pF。常选用自谐振频率较高的陶瓷电容。由于接地，共模电容Cy上会产生漏电流Ii-d。因为漏电流会对人体安全造成伤害，所以漏电流应尽量小，通常<1．0 mA。共模电容取值与漏电流大小有关，所以不宜过大，取值范围一般为2200～4700 pF。R为Cx的泄放电阻。电源滤波器的性能很大程度上取决于其端阻抗，根据信号传输理论，滤波器输入端与电源端的端接、滤波器输出端与负载端的端接应遵循阻抗极大不匹配原则。因此，滤波器设计时应遵循：(1)源内阻是高阻(低阻)的，滤波器输入阻抗就应该是低阻(高阻)；(2)负载是高阻(低阻)的，则滤波器输出阻抗就应该是低阻(高阻)。对EMI信号来说，电感是高阻，电容是低阻，则有图1中的4种滤波器选用类型。 电源滤波器一般用来抑制30 MHz以下频率范围的噪音，但对30 MHz以上的辐射发射干扰也有一定的抑制作用。根据开关电源共模、差模干扰的特点。可以按干扰的分布大概划
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：
开关电源仿真
开关电源中变压器的Saber仿真辅助设计一：反激 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。 附件下载磁芯手册.XLS 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）
关于高压开关电源仿真技术的设计 摘要：传统的高压直流电源通常用工频交流电源经升压变压器升压、整流滤波 而得。这类整流电路优点是接线简单，缺点是所用设备、组件的电压较高，体积、重量和占地面积大，使设备变得非常笨重。随着电力电子器件和相关应用技术的 发展，以开关方式工作的直流稳压电源以其体积小、重量轻、效率高、稳压效果 好的特点，正逐步取代传统电源的位置，成为电源行业的主流形式。本文应用MATLAB对一种要求输出电压大范围连续可调的高压开关电源进行了建模与仿真。系统结构采用复合结构，满足了输出电压大范围连续可调，输出纹波小的要求， 由仿真结果可知系统结构合理，方案正确。 关键词: 高压开关电源 MATLAB 在当今的军事、工业生产、日常生活等领域，高压直流电源有着广泛的应用，尤其在医学方面高压直流电源经常用于X光机、CT等大型设备。 一、设计任务及仿真软件 在开关电源的设计过程中，计算机仿真是重要的手段和工具。应用仿真手段 可以检验设计的系统是否满足性能要求，并且可以减少很多电路的实验工作。与 电路实验相比，计算机仿真所需时间要少得多，并可以更全面、更完整地进行， 以希望改进设计质量。 半桥式变换器是中等功率的开关电源常用的结构形式，它具有变压器双向激磁，没有变压器偏磁问题，开关元件较少，成本低等优点。本次设计主变换器采 用半桥结构，系统的性能指标为： 输入电源：AC220V±22V； 输出： DC5～30KV，5～30mA； 输出电压稳定度不大于0.1%； 输出电压纹波不大于0.1% 此次设计采用MATLAB作为仿真研究工具。MATLAB是广泛应用于控制及相 关各领域的功能非常强大的仿真软件，应用其中的simulink可以非常直观、系统 地对电力电子装置进行仿真。 二、仿真系统构成 开关电源的仿真首先要解决PWM发生器的问题，这里应用直流电平与三角 波进行比较的方法构建了PWM发生器 由于主变换器结构采用半桥式，所以PWM发生器输出应为互补的双路，并 且要有一定的死区，以防止上下桥臂的功率管直通。同时为了保证输出电压的纹 波不太大，PWM的占空比又不能太小，这里选用固定占空比0.35。 为了满足电源输出电压的大范围连续可调，同时保证输出纹波不增加，在主 电路的直流母线上加入PWM调压电路，并由电源输出端引回电压反馈，形成闭 环控制，闭环控制器采用工程中经常使用的PI调解器。调压电路的PWM发生电路，与半桥电路的PWM发生器相似，主要区别在于，半桥电路的PWM发生器 为双路输出，调压电路的PWM发生电路为单路输出。 高压电源的输出部分采用高压高频变压器结合倍压整流电路组成，这种结构 是高压电源的常用结构，与实际应用情况一致。 其中变压器原边的半桥采用两只IGBT串联，变压器副边采用两只二极管串联，结合滤波电容构成倍压整流电路。 三、仿真波形
基于PI控制方式的7A开关电源MATLAB仿真研究 学院：电气与光电工程学院 专业：电气工程及其自动化 目录 0 绪论 --------------------------------------------------------------------- 3
1 设计要求 ----------------------------------------------------------------- 3 2 主电路参数计算 ----------------------------------------------------------- 3 2.1 电容参数计算 --------------------------------------------------------- 4 2.2 电感参数计算 --------------------------------------------------------- 4 3 补偿网络设计 ------------------------------------------------------------- 5 3.1原始系统的设计 -------------------------------------------------------- 5 3.2补偿网络相关参数计算 -------------------------------------------------- 6 4 负载突加突卸 ------------------------------------------------------------- 9 4.1满载运行 -------------------------------------------------------------- 10 4.2突加突卸80%负载 ------------------------------------------------------ 10 4.3 电源扰动20% --------------------------------------------------------- 11 5 小结 -------------------------------------------------------------------- 13 参考文献 ------------------------------------------------------------------ 13 一、绪论 随着电子技术的不断发展对电源的要求也不断的提高，开环的电源应该说早就不能满足要 求，无论是在输出参数的精度还是抗干扰能力方面都比不上闭环控制系统。为了使某个控制对 象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，
第一章绪论 1.1 开关电源的基本概念 开关电源广泛用于生活、生产、科研、军事等各个领域。彩色电视机、VCD 播放机等家用电器、医用X光机、CT机，各种计算机设备，工业用的电解、电镀、充电、焊接、激光等装置，以及飞机、卫星、导弹、舰船中，都大量采用了开关电源。 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC 和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。 顾名思义，开关电源的核心为电力电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求，利用反馈控制电路，采用占空比控制方法，对开关电路进行控制。开关电源的这一技术特点使其同其他形式的电源，如采用调整管的线性电源和采用晶闸管的相控电源相比具有明显的优点。 1.2 开关电源的发展及方向 开关电源的发展经历了从线性电源、相控电源到开关电源的发展历程，由于开关电源具有功率转换效率高、稳压范围宽、功率密度比大、重量轻等优点，从而取代了相控电源，成为通信电源的主体，并向着高频小型化、高效率、高可靠性的方向发展。计算机控制、计算机通信和计算机网络技术的快速发展，为通信电源监控系统的发展和完善提供了外部条件，使其发展逐步实现少人值守，直至无人值守。 1.3 开关电源的分类
开关电源在模拟量采集系统中的应用 尽管在模拟量采集系统中，对ADC芯片等的供电一般建议最好不用开关电源，以避免其固有的纹波大、噪声等问题，但开关电源仍以其高效率、低价格等优点得到广泛应用，尤其是在工业控制等领域。本文介绍开关电源在模拟量采集系统中的应用，并对可能出现的一些问题进行分析。 开关电源对ADC芯片工作的影响及解决方法 电源对ADC芯片的影响，除了体现在电源抑制比(PSRR)参数上，还表现在，当ADC芯片对输入的模拟信号进行采样、保持、转换时，电源电压、参考地的变化，都会对ADC芯片内部采样电路、比较器等的工作产生影响，使得采集结果出现晃动。因此，一般ADC芯片特别是高精度ADC芯片，都建议最好用质量好的线性电源供电。如果采用开关电源，则需要尽力避免它对ADC芯片产生影响。 图1是一个典型的应用，其中模拟采样用的信号调理电路、ADC和现场模拟信号不隔离，ADC芯片和CPU电源相互隔离。CPU采用控制系统内部电源。而ADC 的+5V电源是由+24V电源经过+24V到+5V电源变换而来的。图中左侧部分是典型的串联、降压非隔离型DC-DC变换器的原理框图。设计中，可以根据开关管的开关频率、+5V消耗电流、要求的输出纹波最大值，计算出电感L1、电容C1的合适大小。 为了分析出开关电源对ADC芯片的影响，这里假设信号调理电路及ADC芯片正常运行的耗电是25mA/+5V，对于光耦部分，如果采用6N136、TLP521等三极管输出型的光耦，则当CPU不启动ADC工作时，光耦全不导通，耗电小于1mA；当CPU启动ADC工作时，将有数据输出Dout、数据准备好Ready等信号经过光耦，光耦处于导通状态，为了达到比较高的通讯速率，光耦总耗电需要25mA/+5V 左右。这样，+5V负载电流将在25~50mA之间来回变动。正常开关电源设计的输出电流应该2倍于最大负载电流，这里设为100mA，下面将要说明负载电流的变化将极大影响+5V，从而影响ADC采样稳定性。 开关电源的工作原理是，平时Q1的周期性开关动作，再经过L1、C1，得到所需要的输出；而当输出+5V电压发生上升/下降超过一定限度(如几十毫伏)，经过采样、反馈后，开关控制电路控制Q1的开关，使得输出电压向+5V回归。在+5V负载比较恒定的情况下，输出+5V的最大纹波，可以根据采样反馈电路工作原理(比如MC34063是通过比较器和锁存器来控制Q1的开关)、开关频率等计算出来。 但如果是图1中带光耦的情况，开关电源的输出不仅供给相对恒定的负载(如信号调理电路、ADC芯片)，而且还要供给光耦等数字部分电路，有可能发生最坏的情况是，当开关管Q1正处于上述稳定工作中的关断时刻，光耦突然被ADC 导通，此时L1、C1将要提供50mA的负载电流，而平时稳定工作中L1只提供25mA 的电流，剩下电流只能从电容C1中获取，使得C1上的电压即+5V电平下降比较大。这将持续半个开关周期，直到开关管Q1打开。如果开关电源的开关频率是100KHz，而ADC芯片数据D 的通讯频率也是100KHz左右，将引起输出+5V电压 out 频繁波动，造成更大的输出纹波。在示波器上甚至能看到噪声反馈在+24V输入上。