saber仿真35W反激开关电源设计
基于Saber的程控电源仿真设计_杨帆
短研 制 周 期，节 约 开 发 费 用，在 研 制 初 期 结 合 软 件仿 真，对 开 关 电 源 电 路 进 行 优 化，并 通 过 仿 真 进行整 体 性 能 模 拟 测 试，减 少 了 设 计 难 度。目 前，基于 Saber 仿真方案设计的开关电源已经成 功通 过 初 步 测 试，缩 短 了 研 制 周 期，节 约 了 开 发 费用。
Design of Programmable Power Supply Based on Saber Software Simulation
YANG fan，ZHAO Yafan
（ Department of Basic Experiment，Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai 264001，China）
2 开关电源的设计要求与测试方法
根据某型程控电源电路使用需求环境，电路
杨 帆，等： 基于 Sab用功率场效应晶体管（ MOSFET） 搭建开 关电路，配 合 单 片 机 控 制 与 滤 波 电 路 实 现 以 下 功能：
（ 1） 预定电压、电流（ 可设置定时变化） 值， 且应有较好的调节精度（ 此处略去具体参数要 求） 。
计与搭建 由于电路的简化设计需求，输出模块应尽可 能少使用元件，因此主要靠对输出端检测反馈至 单片机软控制。考虑到所用的 MSP430F149 自带 AD 精度不足，添加 24 位 AD 转换器 ADS1211 作
杨 帆，等： 基于 Saber 的程控电源仿真设计
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为 AD 采样所用［8］。ADS1211 可于 1kHz 转换速 率时达到 20 位分辨率，也可通过降低转换速率已 取得更高的分辨率，性能优良［9］。
Saber仿真开关电源设计
2.0 Specifications
The following specifications will be used to design the power converter.
2.1 Input Specifications
Line Input Pin(max) = Pout(max) Eff = 30/.85 150Vdc, ± 6V 35 Watts
2.2 Output Specifications
Vout Vout(ripple) Iout Iout(ripple) Pout(max) = (15V)(2A) 15Vdc ≤ 25mV p-p 50mA to 2A ≤100mA p-p 30 Watts
2.3 Other Specifications
Efficiency Switching Frequency ≥ 85% 200KHz (derived)
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3.0 Step-By-Step Design Process
This section details the steps necessary to design the power converter.
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The input filter capacitor value can be found in two ways Input Capacitor Value - Method 1 C = (Idc)(T3) / Vr Idc = Pin(max) / Vdc = 35W / 150V = .233A Vr = (2)(Vpeak-Vdc) = (2)(11.3) = 22.6V T3 = Time the capacitor must deliver its energy to the circuit Solving for T3: T3 = t1 + t2 t1 = (1/4)(1/f) where f = input frequency = 60Hz = (1/4)(1/60) = 4.166 msec Note: Most text books at this point assume that the input ripple is small and therefore that t2 ≅ t1 which would yield T3 = 4.166 msec + 4.166 msec = 8.33 msec However, this is not the case in many designs. Therefore we need to use the following equations to calculate t2: Referring to FIGURE 1: Vmin = Vpeak(Sinθ) θ= Sin-1 Vmin Vpeak
基于Saber的开关电源设计与仿真
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
基于Saber的反激式开关电源的仿真研究
基于Saber的反激式开关电源的仿真研究陈青;熊蒙【摘要】反激式开关电源因成本低、外围元器件少、可宽电压范围输入能耗小、支持多组输出而备受欢迎,但因输出电压纹波大而严重影响其工作性能.从反激式开关电源的工作原理出发,采用反激式开关电源输出端增加输出滤波电路的方法,解决反激式开关电源输出电压纹波大的问题.运用Saber仿真软件分别对普通反激式开关电源和增加输出滤波电路的反激式开关电源进行建模和仿真.试验仿真对比表明,通过该方法可改善反激式开关电源的输出电压纹波,提高了反激式开关电源的工作性能.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2016(029)010【总页数】3页(P12-14)【关键词】反激式开关电源;Saber;滤波电路【作者】陈青;熊蒙【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TN256随着电子信息产业的发展，小型化、薄型、高频、低噪声以及高可靠性成为开关电源的主流发展方向[1]。
PSPICE、MATLAB 等各具特色的电子设计自动化软件的出现，改变了以定量分析、传统的电路实验为基础的电路设计分析方法，大幅提高了电路设计的效率[2-3]。
Saber仿真软件是美国Synopsys公司的一款EDA软件，是多领域、多技术的系统仿真产品，现已成为混合技术设计、混合信号和验证工具的业界标准，可用于电力电子、电子机械机、电一体化、光电控制等不同类型系统构成的混合系统仿真，为复杂的混合信号设计与验证提供了一个功能强大的混合信号仿真器，兼容模拟、数字、控制量的混合仿真，可解决从系统开发到设计验证等一系列问题。
在Saber 中建立模型，可仿真分析产品设计中可能遇到的问题，对于降低产品的设计费用，缩短产品的研发周期具有重要作用[4]。
在反激式变换器中，输出端存在着较大的纹波电压[5]。
这一问题可通过增大滤波电容或在输出端增加滤波电路解决。
Saber仿真电源案例详解
file://E:\设计相关\saber专辑\Saber Power.htm
2006-3-19
Saber Power
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电源变压器设计的三种解决方案：
·器件模型法：Saber软件自带大量的变压器模型，以适应不同的磁心材料 (如3c2、3c6、3c8 等)、
磁心形状 (如EC、EP、EI、POT、SQUARE、TOROID、UI、UU、ETD等) 以及线圈的不同端口数目。
协同仿真功能:
Saber 的协同仿真器将 Saber 的混合信号分析同 Mentor Graphics 公司 ModelSim、Mo delSim/PLUS 或 Cadence 的 Verilog-XL 的纯数字仿真能力结合起来。这个接口使得 Avant! 的 Saber 仿真器拥有同其它设计环境中用的工业标准 VHDL 及 Verilog 仿真器协同仿真的优势。 这些设计环境包括 Avant!的 SaberSketch、Mentor Graphics、Cadence 和 Innoveda 等。 仿真输出的结果在 SaberScope 波形分析器中按时间排列起来，这使你更容易观察并对照模拟及 数字信号的数据。
模拟/数字边界的接口：
Saber 混合仿真产品在模拟/数字边界应用了 Avant!特殊的 Hypermodel 接口模型来使设计 的数字部分在数模接口处有着正确的电路特性。Hypermodel 是在网表产生时自动加到设计中去 的，使得同模拟器件相连的数字管脚具有精确的模拟电路仿真特性。对于 TTL，CMOS，ECL 等 各种不同工艺的标准逻辑管脚，Saber 提供给您至少 3500 多种 Hypermodel。这些 Hypermo del 可以被修改来同用户自定义的数字特性相匹配。Hypermodel 都是用 MAST 语言来完成的(而 不象其竞争产品一样将数模接口写死在设计中)，这就意味着如果库中不存在，你可以创建自己的 Hypermodel 库。
Saber在电源系统设计仿真中的应用[1]
![Saber在电源系统设计仿真中的应用[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/37c92221af45b307e87197a4.png)
SABER在电源系统设计仿真中的应用北京才略科技有限公司二零壹零年肆月未经许可 请勿复制全部或者部分文档©才略科技 版权所有 文档名称：Saber 在电源系统设计仿真中的应用 文档编号：Saber ‐DY ‐001 文档版本：v1.0 文档类别：详细技术资料 密 级：目 录1. 电源设计面临的挑战 (1)1.1.1. 仿真模型库 (2)1.1.2. 收敛性能 (2)1.1.3. 变压器设计 (2)1.1.4. 仿真速度 (2)1.1.5. 分析功能 (2)2. 基于SABER的电源设计解决方案 (3)2.1. Saber简介 (3)2.1.1. 完备的电子、电气设计支持 (3)2.1.2. 模型的开放性及建模工具 (4)2.1.3. 强大的优化及分析能力 (4)2.2. Saber在电源设计中的特点 (5)2.2.1. 丰富的器件模型 (5)2.2.2. 电源变压器设计的三种解决方案 (7)2.2.3. 多种补偿电路解决方案 (8)2.2.4. 多种专利算法 (8)2.2.5. 精确的分析精度 (9)2.3. Saber的主要接口说明 (9)2.3.1. 针对数模混合仿真的接口 (9)2.3.2. 针对控制系统设计的接口 (9)2.3.3. 针对CAD软件的接口 (10)2.3.4. HIL仿真 (10)3. 与其他仿真软件的对比 (10)3.1. Saber与Pspice (11)3.1.1. 总揽 (11)3.1.2. 仿真器 (11)3.1.3. 模型库 (12)3.1.4. 前后端处理能力 (13)3.1.5. 分析设置与操作 (14)3.1.6. 外部接口机协同仿真 (15)3.2. Saber与Matlab (16)3.2.1. 总揽 (16)3.2.2. 仿真器 (16)3.2.3. 模型库与建模手段 (19)3.2.4. 使用环境 (20)4. 电源设计的案例 (21)4.1. 功率变化器的全面仿真 (21)4.1.1. 原理图及主要器件 (21)4.1.2. 仿真结果分析 (22)4.1.3. Saber仿真的优点 (23)4.2. 汽车充电系统中电池/发电机的测定 (24)5. 关于才略科技 (24)1.电源设计面临的挑战在电子产品迅速发展的今天，电源越来越显示出其重要作用，它被广泛应用于计算机、通信、航天航空、消费类电子等各方面。
一种反激式开关电源的设计与仿真
第38卷第4期计算机仿真2021年4月文章编号：1006 -9348(2021 )04 -0083-06一种反激式开关电源的设计与仿真王强\王槐生U，田宏伟1(1.苏州大学应用技术学院，江苏苏州215325;2.苏州大学电子信息学院，江苏苏州215006)摘要：为实现小功率开关电源的小型化、高效化和低成本，提出了一种基于电流型PW M芯片UC3842控制下双路输出的反激式开关电源。
研究了电源的拓扑结构和工作原理，详细分析了EM1滤波器和整流滤波电路、功率变换电路、PW M控制电 路、反馈检测电路的关键参数和设计过程。
利用Sabei•软件的仿真工具箱搭建了电路闭环仿真模型，模拟反激式电路的环路控制，实现两路直流输出5V/1A和15V/1A，效率髙达90%。
仿真结果证明了设计的正确性和可行性。
关键词.•开关电源;反激式;电路设计;建模与仿真中图分类号:TP391.9 文献标识码：BDesign and Simulation of a Flyback Switching Power SupplyWANG Qiang1,WANG Huai - sheng12 ,TIAN H ong-w ei1(1. Applied Technology College,Soochow University,Suzhou Jiangsu 215325 ,China；2.School of Electronic and Information Engineering,Soochow University,Suzhou Jiangsu 215006,China)A B S T R A C T：For the r e a l ization of small switching power supply miniaturization,high efficiency,and low cost,a f l yback switching power supply controlled dual output was designed based on the current - mode P W M chip U C3842.The topological structure and working principle of the power supply were studied.The key parameters and the design process of EMI f i l t e r s and r e c t i f i e r f i l t e r circuit,power conversion circuit,PWM control circuit,feedback detection c i rc u i t were analyzed in ing the simulation toolbox of Saber software t o build the closed - loop simulation mode l simulating the loop control of the flyback c i r c u i t and achieving the two - channel DC output of 5V/1A and 15 V/1A,the efficiency can reach 90%.The simulation resu l t s prove the correctness and f e a s i b i l i t y of the design.K E Y W O R D S：Switching power supply； Flyback； Circuit design； Modeling and simulationi引言近年来，随着电子电路仿真技术应用领域的不断扩展，对仿真技术也提出新的要求，如何提高仿真的可靠性和准确性，提高建模和仿真的效率对于电子电路设计具有重要意义[|]。
Saber仿真在开关电源产品设计中的应用
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。
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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：
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。
将上面两张图的测量结果带入反激电源的基本计算公式可以得到:
Vo(24V) = Vin×(N2/N1)×D/(1-D)
=144.31×Sqrt(1m/216.7u)×0.267/(1-0.267)
≈24.5V
Vo(5V) = Vin×(N2/N1)×D/(1-D)
=144.31×Sqrt(1m/10.7u)×0.267/(1- 0.267)
≈5.45V
考虑负边整流二级管压降等因素，计算与测量结果基本相符。
额定负载情况下输出电压纹波电压波形。
(如下图所示)
额定负载情况下MOSFET漏极和ISEN管脚电压波形。
(如下图所示)
额定负载情况下变压器副边绕组波形。
(如下图所示)
额定负载情况下反馈端(误差放大器)波形。
(如下图所示)
Vacin = 117V Vout = 5V/2A (Rload =2.5) Vout = 24V/0.3A (Rload=80) 测试结果如下图所示：
如上图所示，测试结果为Vout = 5.0976V/24.167V
接下来我们看看1/4负载情况下的仿真结果，测试条件如下：
Vacin = 117V Vout = 5V/1A (Rload =5) Vout = 24V/0.2A (Rload=120) 测试结果如下图所示：
如上图所示，测试结果为Vout = 5.1493V/24.273V
结合所有的测试结果，得出输出精度如下所示：
负载情况输出电压精度
5V 24V 5V 24V
满载(Full Load) 5.0019 23.933 0.38% 0.28%
半载(Half Load) 5.0976 24.167 1.95% 0.69%
轻载(Light Load) 5.1493 24.273 2.98% 1.14%
下面我们再看看电源的工作效率，额定负载工作情况下效率如下图所示。
η= (14.321W+20.032W)/39.647W = 86.6%。