双管正激参数及控制环路的SABER仿真设计

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
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。

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.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。

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。