基于saber的buck降压电路的设计

195科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 学 术 论 坛《电力电子技术》是电气类学生普遍反映比较难的一门课程,其原因主要在于:一方面电路拓扑结构较多且复杂;另一方面是由于器件工作状态不断变化,导致电路工作状态较多,使得电路工作波形复杂,学生理解起来较为困难。

课件的引入,再加上动画演示,能够帮助学生理解各工作状态的波形,但是在教学过程中仍然显得过于理论化,与实践相脱节,很难达到理想的教学效果。

引入仿真软件教学后,教师可以在仿真中一边搭建电路,一边针对电路的构成进行讲解,并对各项参数进行修改,仿真后让学生观察工作波形的变化情况,学生对各项参数设计的理解将更为深刻。

同时,学生参与到仿真分析中,增加了教学的互动性,同时提高了学生学习的积极性[1]。

Saber是1987年由Analogy公司推出的一款仿真软件,到现在已有二十多年的历史[2]。

它主要用于混合信号和混合技术领域的仿真验证,主要分为三个部分:SaberGu ide、SaberSketch和SaberScope。

SaberSketch主要用于绘制电路图,而SaberGuide用于仿真控制,仿真结果可在SaberScope查看。

与其他仿真软件相比,Saber具有以下特点:(1)器件库丰富。

它包含了各种元器件的理想模型,以及各大公司生产的常用芯片模型。

(2)分析功能全面。

它既包含了DC工作点分析、时域分析、频域分析等基本分析功能,还包含温度、参数灵敏度、蒙特卡诺、噪声等各种高级分析功能。

(3)数据处理能力强大。

可以自由的对仿真结果数据进行各种分析和比较乃至运算。

因此Saber仿真软件在电力电子仿真中应用非常广泛,将其与电力电子技术教学相结合,将更有助于加强学生对电路工作原理的理解。

1 采用Saber仿真软件教学的必要性直流变换电路与电力电子技术中其他变换电路相比,结构相对简单,可以作为电力电子技术的入门教学部分。

图 2 TL494 产 生 的 2 路 PWM 驱 动 波 形 Fig. 2 2-way PWM waveform produced by TL494
图 3 仿真的负载电流输出波形 Fig. 3 The load current output waveform of simulation
3.2 实验结果 根据上述 BUCK 开关恒流源的工作原理、设计要
以及信号转换接口模块，可以直接用于建立仿真模
型，其仿真结果如图 2、3 所示。图 2 为 PWM 调制芯
片 TL494 产生的 2路控制信号 PWMOUT1 和PWMOUT2， 2 路开关频率都为 50 kHz 左右，两者处于交替工作方
式。图 3 是输入交流电压 220 V 不变，输出在可调范围
内时的电流波形，其中 Currentout1、
第 23 卷 第 6 期 2009 年 11 月
湖南工业大学学报 Journal of Hunan University of Technology
Vol.23 No.6 Nov. 2009
基于 Ｓａｂｅｒ 的一种 ＢＵＣＫ 型恒流源的研究
杨 杰，肖强晖，廖无限
（湖南工业大学 电气与信息工程学院，湖南 株洲 412008）
[2] 乔瑛瑛，杨嘉祥. 基于 Saber 的 Boost 电路仿真与分析[J]. 大众科技，2009，113(1) ：68－69. Qiao Yingying，Yang Jiaxiang. Simulation and Design of Boost Based on Saber[J]. Popular Science & Technology， 2009，113(1) ：68－69.
求，设计了该电路。采用泰克示波器 TDS2014 及其提 供的图像捕捉软件进行了测量，实测结果如图 4、5 所 示。其中图 4 为 PWM 调制芯片 TL494 产生的 2 路控制 信号，图 5 为实测的输出端检测电阻上的电流波形。

基于s a b e r的b u c k降压电路的设计The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020前言在实际电力电子装置中，工程人员往往凭经验通过不断更换元器件或改变结构使装置满足一定的动态和静态特性，而通过计算机仿真能方便地完成这种改变，从而缩短产品开发周期，减小研究开发成本。

另外，在电力电子课程教学中，单纯地讲解开关元器件和各种变换电路理论，显得枯燥而缺乏生动，计算机辅助分析和设计在电力电子课程教学中显示出了它的强大的优势，通过电路仿真使得课堂教学概念讲解直观化，理论结果可视化。

Saber仿真软件是美国Analogy公司开发的功能强大的电力电子系统仿真软件之一，可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、水力、控制等领域的系统设计和仿真。

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4 700多种具体型号的器件模型，500多种通用模型。

针对电力电子应用，Saber提供了电源设计的环境— PowerExpress，它支持行为级和元件级的设计。

Saber的MAST语言是一种硬件描述语言，运用该语言可以方便地建立用户自身的元件或电路模型，其程序兼容Spice仿真程序。

专门为Saber仿真器而设计的SaberSketch提供了友好的用户图形界面，使得仿真非常直观，让使用者易学易用。

掌握Saber仿真软件对于研究开发电力电子装置及其控制系统，以及电力电子教学都具有重要的意义。

目录前言 (1)目录 (2)1. 基本的Buck 型变换器（开环） (3)1.1 Buck 变换器基本电路形式 (3)1.2 各器件参数和指标之间关系的定性分析 (4)1.3 实验仿真及分析 (4)2 闭环控制的构成与性能分析 (6)2.1 差分放大电路 (6)2.2 功率放大器（PI）模块 (7)2.3 PWM 块 (8)3 主电路 (9)3. 1 主电路参数讨论 (9)3.1.1 电容对输出电压波形的响 (10)3.1.2 电感对输出电压波形的影响 (11)4 结语 (12)参考文献 (13)摘要：Buck 型变换器是现代电力电子技术中一种常用的电能变换方法,主要用于计算机、精密仪器、通讯系统等高性能DC - DC 直流开关电源之中,它是现代电能变换中的一种重要方法。

压： ＝Ｚ （ ） ． 【 ／ 】 ｍ 力 一 式中： ＝ ５Ｖ， ＝５ ＝ １ １ Ｖ； ３； ０
＝
２ ． Ｖ， ５
＝０８ Ｖ 因此 ，输 出稳 定后 的控 制电压 ＝ ．５
Ｏ０
１０ Ｏ
２０ ０
３ ００
４０ ０
５Ｏ Ｏ
６Ｏ ０
刀 ＋ ／ｍ ２ ｘ （ ＋ ． ） ５ ＝ ． ２ ． （ ） ＝ ． ３ ５ ０ ５ １０ ０ ９ 如果电路不经 Ｖ ５ １ ８／ ７ ５
图 １ 见， 可 经过 ２ ０ 左右 ， 出电 ５ ｓ 输 压 稳定 于 １ 这 与设计 的指标 一致 ． ５ Ｖ， 因仿 真 时输 入 电压 与 控 制 电压稳 定 不 变 ，输 出 电压 也稳定 不变 ． 实 际 但 电路 会 因输 入 电压 的 波 动 而 导致 输 出 电压 变化 【．由 图 １可见 ，输入 电 ４ 】
Ｏ 引 言
近年来 ，随着 电子 电路 仿真技 术应 用领域 的不 断扩 展 ，对 仿真 技术 也不 断提 出新 的要 求 ，如增 强仿真 的可靠 性和 准确性 ，提 高仿 真和建模 效率 等［． １ 为满 足这 些要求 ，相继 推 出 了一 系列 的仿 真 软件 【． 】 ２ 】 Ｓｂｒ ａ ｅ 是全 球最 先进 的 ，也是 唯一 的多技 术 、多 领域 的系统 仿真 软件产 品 ，它 已成 为混合 信号 、混合技 术设计 和验 证工 具 的业 界标 准 ，可用 于电子 、电力 电子 、机 电一体化 、机 械 、光 电 、光学 、控 制等类 型 系 统构成 的混 合 系统仿 真．它可兼 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．
“ｎ ｕ” ｉｐ ｔ ，点击 “ 编辑 ” ，在输 入域 中 输人 “ ｓ２ ，点 击 “ Ｋ”按 钮 ． ｕｅ” Ｏ 仿 真时 ， 这就 通过选 择开关 将交 流 电压

课题三：降压型（BUCK）DC-DC电路的设计与制作姓名：学号：得分：一、实验目的1). 学习和了解DC-DC变换电路的特点；2). 掌握降压型（BUCK）DC-DC电路的结构和工作原理；3). 熟悉强、弱电电路的隔离应用；4). 培养电子电路的设计能力和基本应用技能。

二、课题任务1）设计参数要求：① DC-DC主电路输入电压V=12V；I②输出电压: V=5V；O③输出电流：I=1A；O≤50mV，即纹波≤1%；④输出电压纹波峰-峰值 Vpp=5W。

⑤额定输出功率PO2）PWM驱动信号：=20kHz；① PWM驱动信号频率fS② PWM驱动信号占空比可调；3）驱动电路：驱动电路应为单端输入、双端浮地输出。

5）撰写完整的实习报告。

三、实验原理本课题只做了控制电路与驱动电路的设计，最后实验只要测得输出波形为频率20kHz，占空比范围在30%-70%的方波即可。

如下图即为电路原理图。

图1 电路原理图本设计选择555定时器来设计控制电路。

555定时器引脚图如图2所示。

图2 555定时器引脚图驱动电路为控制电路与MOSFET 之间提供电气隔离，一般可以采用光隔离或者磁隔离。

本设计采用光隔离的方法，具体设计如下：先加一级光耦隔离，再加一级推挽电路进行放大从而把输出的控制信号放大。

占空比计算如下：()1211,1.43T R Rp R C =⨯++⨯ ()11111,1.43T R Rp C =⨯+⨯ ()22211.1.43T R Rp C =⨯+⨯ 1.T D T=四、元器件清单五、实验步骤（1）检查实验设备是否齐全，包括直流稳压电源，数字信号发生器，双踪示波器，万用表以及相应的电源线，输出线等，领取镊子，剪刀，芯片，电烙铁等材料。

（2）根据实验原理图和仿真开始焊接板子输出与接地之间焊接一个10KΩ的电阻。

如下图所示。

图12 电路板实物图（3）搭接电路完毕，检查电路搭接是否正确，检查完毕后，接通示波器，信号发生器，直流稳压电源，开始调试。

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：0.1A12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：8.03024min max ===in out V V D 4.06024max min ===in out V V D5.04824===innom out nom V V D (2)由于输出电流I out 为2A ，故负载电阻：12outoutV 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 LOFF o o CCM o μμ3605)4.01(2.0242max 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 510200102582.082211133)(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 6uF F mVV CESR 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 。

局部放大
缩小
二、SABER 的操作界面及——原理图设计
边框
显示/隐藏 示波器
格点
线束
平铺窗口
总线
参数编辑器
层叠窗口
连线
二、 SABER 的操作界面
DC工作点（DC operation point） 小信号AC(small signal AC)
中断
DC扫描（DC Transfer）
暂态分析(Transient)
用户可以建立故障列表，仿真系统在每个故障状态下的工作状 态。Testify可以帮助验证系统运行的可靠性。
1.7 布线设计 SaberHarness是业界领先的布局布线、设计和分析工具。
SaberHarness和Saber紧密结合，计算电缆尺寸、熔断分析、 故障分析，对电压降、功率质量以及连通性进行仿真与评估。 SaberHarness将功能设计、电气设计和物理设计集中在单一的 工 具 流 程 中 ， 全 面 结 合 了 Saber 的 仿 真 和 分 析 功 能 ， 使 得 SaberHarness成为高级电气系统设计的首选工具。
DC工作点及暂态分析（ operation point / Transient ）
极零点分析(pole-zero)
参数扫描（vary）
Monte Carlo 分析
灵敏度分析(sensitivity)
二、 SABER 的操作界面
SABER 状态 工运 作行 状实 态例
Saber记录 工作图标
二、 SABER 的操作界面
框中黑点表示该属性名 称及值在电路图中不可见， 半绿半黑表示该属性的值在 电路图中可见，全绿表示该 属性名称及值在电路图中都 可见。
Saber Sktech 基本操作--修改器件参数

Saber仿真在开关电源产品设计中的应用
充电状态时，最低电压为42V
Saber仿真在开关电源产品设计中的应用
驱动波形和谐振电流波形如下
Saber仿真在开关电源产品设计中的应用
谐振电容电压波形
Saber仿真在开关电源产品设计中的应用
从以上仿真可以看出，在所有工作区间，开 关频率最低为180kHz（58V满载输出时）。 谐振电容的电压最大有效值为366V（58V满 载输出时）。 谐振电感电流和励磁电感电流均在58V满载输 出时达到最大值。 以上结论和相关数据，对于磁性器件损耗计 算和仿真，谐振电容选型，开关频率参数设 定等具有指导性意义。
Saber仿真在开关电源产品设计中的应用 在所有的解决方案中，平均电流控制模式的CCM BOOST PFC电路应用最为成熟，广泛应用于中大功 率电源场合。 但是，一般单路CCM BOOST PFC电路在1~3kW的 功率范围内可以达到最佳的设计效果。在3kW以上 的应用中，单路PFC电路的优化设计将变得困难。 在此背景下，交错并联PFC电路引起大家的关注和 重视。其每个并联支路的设计思路与单路PFC电路 完全相同，因此可以获得体积，布局和热设计的优 化设计结果。而两路之间错相180°控制，开关纹 波可以相互抵消，因此可以简化输入EMI滤波器的 设计。
Saber仿真在开关电源产品设计中的应用
负载动态电压波形（更改431补偿电容为47nF，3842 COMP 端电阻为2k）
负载动态调整时间缩小到2ms左右，电压过冲降到15.4V
Saber仿真在开关电源产品设计中的应用
本文由于写作时间的关系，不再对环路进行 详细的计算和仿真。 关于环路补偿部分的计算和仿真，请参考本 人在21世纪电源网论坛发的文章《环路补 偿—计算和仿真》。 反激电路在DCM模式下的传递函数在张兴柱 博士的公司网站上（)可以找 到相关资料。

buck降压电路设计Buck降压电路是一种常见的电源电路，被广泛应用于各种电子设备中，如手机、电脑、电视等。

它通过降低输入电源的电压，得到所需的输出电压，以满足电子设备的工作要求。

在本篇文章中，我们将详细介绍Buck降压电路的设计原理和步骤。

让我们来了解Buck降压电路的基本工作原理。

Buck电路通常由输入电压源、功率开关、电感、二极管和负载组成。

其中，功率开关可以是MOSFET或BJT，用于控制电路的通断状态。

输入电压通过功率开关和电感形成一个电流环路，通过电流环路的开关控制，可以改变电路中电感的导通和断开状态，从而实现对输出电压的控制。

通过调节电流环路的开关频率，可以实现输出电压的稳定。

接下来，我们将详细介绍Buck降压电路的设计步骤。

1. 确定输出电压要求：我们需要确定所需的输出电压。

根据实际应用需求，确定输出电压的数值和精度要求。

2. 选择功率开关元件：根据所需输出电压和负载电流的要求，选择适当的功率开关元件。

常用的功率开关有MOSFET和BJT两种，根据实际应用需求选取合适的型号。

3. 计算电感和电容数值：根据所选功率开关元件的参数，以及设计输出电压和负载电流的要求，计算电感和电容的数值。

电感和电容的数值选择对输出电压的稳定性有很大影响。

4. 确定开关频率：开关频率也是Buck降压电路设计中非常重要的一个参数。

开关频率的选择要考虑输出电压稳定性、功率开关元件的性能和电路的EMI（电磁干扰）等方面。

5. 设计反馈回路：反馈回路用于检测输出电压，并根据需要进行调节。

常用的反馈回路有电压反馈和电流反馈两种。

根据设计需求，选择合适的反馈回路，并进行设计。

6. 进行仿真和优化：在设计完成后，可以进行电路的仿真和优化。

利用电路仿真软件，对电路进行模拟，验证设计的可行性和稳定性。

如果有必要，可以进一步对电路参数进行调整和优化。

7. PCB布局与焊接：将设计好的电路布局在PCB板上，并进行焊接和连线。

降压型（BUCK）DC-DC电路的设计与制作设计报告课题三：降压型（BUCK）DC-DC电路的设计与制作姓名：学号：得分：一、实验目的1). 学习和了解DC-DC变换电路的特点；2). 掌握降压型（BUCK）DC-DC电路的结构和工作原理；3). 熟悉强、弱电电路的隔离应用；4). 培养电子电路的设计能力和基本应用技能。

二、课题任务1）设计参数要求：=12V；① DC-DC主电路输入电压VI②输出电压: V=5V；O=1A；③输出电流：IO④输出电压纹波峰-峰值 V≤50mV，即纹波≤1%；pp=5W。

⑤额定输出功率PO2）PWM驱动信号：=20kHz；① PWM驱动信号频率fS② PWM驱动信号占空比可调；3）驱动电路：驱动电路应为单端输入、双端浮地输出。

5）撰写完整的实习报告。

三、实验原理BUCK电路就是降压电路，开关S闭合的时候，VD二极管承受负压关断，电感充电，电流正向流动，电流值呈现指数上升趋势。

开关S 断开的时候，VD 二极管起续流作用，电感开始放电，电流逐渐下降，通过负载和二极管回到电感另外一端，短暂供电。

这样电压就能降低。

实际使用的时候，S开关是通过MOSFE 或者IGBT实现的，输出电压等于输入电压乘以PWM波的占空比。

开关电源总的来分有隔离型和非隔离型电路。

所谓非隔离型电路是根据电路形式的不同，可以分为降压型buck电路、升压Boost型电路、升降压Buck-Boost 型电路、Cuk型丘克电路、Sepic型电路、Zeta型电路。

我们这里主要分析降压型DC-DC转换器的工作原理，Buck电路如图1所示。

图中功率MOSFET为开关调整元件，它的导通与关断由控制电路决定;L和C为滤波元件;开关截止时，二极管VD 可保持输出电流连续，所以通常称为续流二极管。

控制电路输出信号使开关管VT导通时，滤波电感L中的电流逐渐增加，因此贮能也逐渐增大，电容器C开始充电。

忽略MOSFET的导通压降，MOSFET源极电压应为Uin。

重庆大学本科学生毕业设计（论文）Buck电路的软开关设计和仿真摘要在当今节能型社会中，如何提高电源的效率成为电源技术研究的重点。

早期的开关电源均采用硬开关技术，在开通或关断过程中伴随着较大的损耗，并且开关频率越高，开关损耗就越大。

而高频化是减小开关电源体积的重要途径，但是硬开关电源中高频化必然带来电源效率的降低，因此硬开关电源不能适应高频化的发展趋势。

这样采用软开关技术的电源应运而生，它是解决高频化和提高电源效率二者矛盾的有效手段。

本文对采用N沟道增强型MOSFET作开关器件的Buck电路进行了软开关的设计和仿真。

用到的方案是准谐振充放电模式，使MOSFET漏源极两端的电压能在栅极触发脉冲到来前变为零，使开关管能进行零电压开通。

这样就能有效地实现Buck电路的软开关，提高电路的效率。

最后利用Saber仿真软件，对设计的软开关控制策略进行了仿真验证，结果与预期相符合。

在得到此方案的顺利运行后，考虑到输出支路电感电流存在反向的问题，使得输出电流纹波较大，又运用叠加原理的思路，设计了另一方案，从而有效地避免了输出电流反向的问题。

关键词：降压变换器，软开关，Saber仿真ABSTRACTIn today's energy-saving type society, how to improve the efficiency of power supply becomes an important aspect of power technology research. In early power supply research times hard switching technology was adopted. The switching-on or switching-off process accompanied with great loss, and the higher switching the frequency is, the greater the switching loss is. The high operating frequency is an important way to reduce the volume, so the hard switching technology doesn't suit it. Then the soft switching technology appears. It is a good method to solve the high operating frequency and improving the efficiency problem.This article presents a soft switching method of the Buck converter which uses the N channel enhancement type MOSFET as the switch and the simulation. The design is quasi resonant charging and discharging mode which makes the D-S voltage become zero before the gate trigger pulse come, so the MOSFET can operate in a zero voltage turn-on mode. In this way, it can effectively realize the soft switching of Buck converter and improve the efficiency of the circuit. Finally I use the saber software to do the simulation and receive the expected result. After that, considering the reverse slip output inductor current problem which makes the output current ripple large, I present another method which can avoid the problem.Key words：Buck converter, soft switching, saber simulation目录摘要 (I)ABSTRACT.................................................. I I 1 绪论. (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究的目的及意义 (1)1.3 研究的主要内容 (2)2 Buck电路软开关电路设计及原理分析 (3)2.1 Buck电路软开关设计方案 (3)2.2 原理分析 (5)2.3 参数计算与设置 (9)3 Saber仿真验证 (10)3.1 Saber仿真软件的组成 (10)3.2 Saber仿真软件的特征 (10)3.3 Saber的分析功能 ................................................................................ 错误!未定义书签。

buck降压电路设计摘要：1.Buck 降压电路的简介和设计目的2.Buck 降压电路的输出电压和常见系统工作电压3.推荐的芯片方案4.避免局限于特定型号的建议正文：一、Buck 降压电路的简介和设计目的Buck 降压电路，又称为降压稳压电路，是一种基于开关管工作的电源电路。

其主要目的是将较高的输入电压转换为较低的输出电压，以满足不同电子设备的电源需求。

在设计Buck 降压电路时，需要考虑输入电压、输出电压、电流和效率等因素。

二、Buck 降压电路的输出电压和常见系统工作电压Buck 降压电路的输出电压通常为5V、3.3V 等常见系统工作电压。

这些电压是许多电子设备和芯片的典型工作电压，如微控制器、传感器和无线通信模块等。

设计Buck 降压电路时，需要根据具体应用场景选择合适的输出电压。

三、推荐的芯片方案在设计Buck 降压电路时，有许多优秀的芯片可供选择。

除了常见的LM2596 和XL40XX 等型号外，还可以考虑以下芯片方案：1.德州仪器（TI）的LM 系列：如LM2586、LM2596 等，这些芯片具有优秀的性能和稳定性。

2.安森美半导体（ADI）的Power by Linear 系列：如LTC3822、LTC3823 等，这些芯片在效率和负载调整率方面表现出色。

3.美台科技（MPS）的MP 系列：如MP1584、MP1585 等，这些芯片在轻载和重载条件下均能保持较高的效率。

四、避免局限于特定型号的建议在选择Buck 降压电路的芯片时，应避免局限于特定型号。

不同芯片在性能、成本和可用性等方面可能存在差异，因此需要根据实际应用需求和设计要求进行权衡。

在选型过程中，可以参考以下原则：1.评估芯片的基本性能参数，如输出电压、电流、效率和负载调整率等。

2.考虑芯片的成本和供应情况，以确保供应链的稳定和成本的可控。

3.参考其他工程师的经验和评价，了解芯片在实际应用中的表现和潜在问题。

总之，Buck 降压电路设计需要综合考虑输入电压、输出电压、电流和效率等因素，选择合适的芯片方案。

• 9•本文介绍了开关电源的设计原理和saber 仿真软件，在开关电源主电路部分采用半桥结构，控制芯片采用美国Sllicon General 公司生产的电压模式PWM 控制器SG3525，最后通过Saber 仿真软件得到了多个输出参考点的仿真波形，由波形可见仿真效率高且设计满足开关电源稳定输出直流7.5V 电压的指标。

随着电子信息产业的不断进步，开关电源技术也在日新月异的发生变化。

目前，开关电源主要应用于生活中一些常见的电子设备中，具有体积小、可靠性好和高效率等特点，已经逐步发展为当代电子信息产业中一种不可或缺的电源设备。

开关电源通过不同种类的拓扑结构，将标准电压转换为各种设备所需求的电压的电能转换装置。

在电力电子中，开关电源的拓扑结构有好多种，常用的电路拓扑有单端正激、单端反激、推挽、全桥和半桥等结构。

在设计过程中，我们可以利用仿真软件对开关电源进行设计和验证，从而能够节约成本、减少工作量等。

在本论文中，主电路采用半桥结构，控制电路选用PWM 控制芯片SG3525，最后利用Saber 仿真软件进行建模和仿真，设计了一款将220V 交流电压降为7.5V 直流电压输出，在Saber 软件中分析直流工作点和瞬态分析工作过程的仿真输出波形进行参数的调整，从而在一定程度上验证了该款电源具有良好的稳定性，满足设计指标。

1 设计原理主电路采用半桥拓扑结构，其工作原理是：当开关S 1开通后，二极管VD1处于导通状态，S2开通后，二极管VD2处于导通状态；当两个开关都处于关断状态时，变压器绕组W1中的电流值为零，此时绕组W2和W3中电流幅值大小相等，方向相反，二极管VD1和VD2处于导通状态。

半桥变换电路变压器励磁方式为双向，可靠性低且需要复杂的隔离驱动电路。

其拓扑结构如图1所示：图1 半桥变换电路原理图控制电路部分选用PWM 控制芯片SG3525，SG3525芯片是由美国Sllicon General 公司研发，是一款电压模式控制的PWM 控制芯片。

Saber传输线干扰仿真分析（ 传输线干扰仿真分析（续)
假设验证
传输线网络的共地阻抗问题
12条信号线共用2条地线网络
Saber传输线干扰仿真分析（ 传输线干扰仿真分析（续)
假设验证
传输线网络的共地阻抗问题
增加地线数量 – 仿真结果 – 有所改善
主要内容
一. Saber传输线干扰仿真分析 二.Saber软件AC分析应用问题 三. Saber软件与电源EMC/EMI设计 四. 演示
电源电路的电磁辐射分析
主要内容
一. Saber传输线干扰仿真分析 二.Saber软件AC分析应用问题 三. Saber软件与电源EMC/EMI设计 四. 演示
演示
Saber传输线干扰仿真分析 Saber软件AC分析应用问题
Saber软件在电源电路设计中的应用
谢谢！ 谢谢！
主要内容
一. Saber传输线干扰仿真分析 二.Saber软件AC分析应用问题 三. Saber软件与电源EMC/EMI设计 四. 演示
Saber软件与电源EMC/EMI设计
• 设计输入 • 设计计算 • 约束定义
原理验证
• 标称设计 • 工程特性分析 • 故障特性分析 • 物理设计规则 • PCB布局布线
Saber传输线干扰仿真分析（ 传输线干扰仿真分析（续)
问题
信号在传输过程中存在相互干扰，当一路或者 多路发脉冲，剩余的虽然不发信号，在B板上 仍能测量出干扰信号。导致隔离器输出错误脉 冲信号，功率模块工作紊乱甚至烧毁。
干扰示意波形
Saber传输线干扰仿真分析（ 传输线干扰仿真分析（续)
利用Saber仿真环境复现问题
是PCB布局布线后线路寄生参数对电路工 作的影响评估 将PCB 寄生参数导入Saber软件环境

一 Buck电路的开环设计
（1）性能指标； （2）Buck电路的工作原理； （3）Buck电路的开环设计；
（1）性能指标
• DC-DC变换器性能指标： • 输入电压：36-72 VDC（额定48V） • 输出性能：
– 额定输出电压 Vout 28VDC – 输出电流纹波 Vout(p-p) <50mV – 额电定感负 电载 流工电作流于IouCt CM10。A，在负载电流大于2A时，
• 其他性能：
– 开关频率 100kHz
（2）Buck电路的工作原理
• 电路拓扑
QA
+
L
+
Ui
ub b
D C
RL Uo
-
-
• CCM下的电路工作原理
（3）Buck电路的开环设计
• 主电路参数设计
（1）占空比 （2）滤波电感量滤波电感设计 （3）滤波电容 （4）功率器件
占空比
（1）占空比
D m ax
V out V in m in
28 36
0.7 8
D m in
V out V in m ax
28 72
0 .3 9
D nom
V out V innom
28 48
0.5 8
滤波电感设计
• 电感量，2A时（1/5负载），电感电流临界 连续。
L ITL UL
Lmin(CCM)
UILLTmax
28(10.39)10u42.7uH 4
（1）原理图编辑 （2）仿真模拟 （3）仿真结果分析 （4）模型细化
（3）仿真结果分析
• 查看仿真波形
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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。

前言在实际电力电子装置中，工程人员往往凭经验通过不断更换元器件或改变结构使装置满足一定的动态和静态特性，而通过计算机仿真能方便地完成这种改变，从而缩短产品开发周期，减小研究开发成本。

另外，在电力电子课程教学中，单纯地讲解开关元器件和各种变换电路理论，显得枯燥而缺乏生动，计算机辅助分析和设计在电力电子课程教学中显示出了它的强大的优势，通过电路仿真使得课堂教学概念讲解直观化，理论结果可视化。

Saber仿真软件是美国Analogy公司开发的功能强大的电力电子系统仿真软件之一，可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、水力、控制等领域的系统设计和仿真。

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4 700多种具体型号的器件模型，500多种通用模型。

针对电力电子应用，Saber提供了电源设计的环境— PowerExpress，它支持行为级和元件级的设计。

Saber的MAST语言是一种硬件描述语言，运用该语言可以方便地建立用户自身的元件或电路模型，其程序兼容Spice仿真程序。

专门为Saber仿真器而设计的SaberSketch提供了友好的用户图形界面，使得仿真非常直观，让使用者易学易用。

掌握Saber仿真软件对于研究开发电力电子装置及其控制系统，以及电力电子教学都具有重要的意义。

目录前言 (1)目录 (2)1. 基本的Buck 型变换器（开环） (3)1.1 Buck 变换器基本电路形式 (3)1.2 各器件参数和指标之间关系的定性分析 (4)1.3 实验仿真及分析 (4)2 闭环控制的构成与性能分析 (6)2.1 差分放大电路 (6)2.2 功率放大器（PI）模块 (7)2.3 PWM 块 (8)3 主电路 (9)3. 1 主电路参数讨论 (9)3.1.1 电容对输出电压波形的响 (10)3.1.2 电感对输出电压波形的影响 (11)4 结语 (12)参考文献 (13)摘要：Buck 型变换器是现代电力电子技术中一种常用的电能变换方法,主要用于计算机、精密仪器、通讯系统等高性能DC - DC 直流开关电源之中,它是现代电能变换中的一种重要方法。