开关电源技术saber实验指导书.pdf

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1、 开关电源技术 实验指导书 李志忠李志忠 刘方铭刘方铭 广东工业大学信息工程学院广东工业大学信息工程学院 二七年十一月印刷二七年十一月印刷 开关电源实验指导书 I 前言前言 开关电源技术是一门理论与实践紧密联系的课程， 做适当的练习题和 上机实验有助于深入理解和巩固验证基本理论知识。 现在应用于开关电源技术的仿真软件已有多种，它们有通用的软件， 也有专业的软件，其中通用的最具影响的当推荐 PSPICE 和 MATLAB。 PSPICE 是美国加州大学伯克利分校推出的集成电路分析软件 SPICE 的微 机版，广泛应用于电子电路的设计。早期的 MATLAB 主要应用于控制系 统的仿真和分析，经过不

2、断扩展已经成为包括通信、电气工程、优化控制 等诸多领域的科学计算软件。 虽然上述两个软件均可用于开关电源系统的 仿真，但是笔者认为开关电源技术作为一门跟实践紧密联系的课程，采用 专业级的仿真软件效果将会更好， 因此本实验将采用专业级的电源仿真软 件 SABER。 通过上机实验可以使同学们了解并体会开关电源的组成和闭环系统 的设计方法，锻炼初学者用计算机和 SABER 软件解决开关电源系统相关 问题的能力。 本实验指导书结合开关电源技术的基本理论和基本内容设计 了两个上机实验，每个实验对应一个主题内容。此外，在第一节，还介绍 了一些基本的 SABER 软件的使用方法。 每个实验中，均给出了实验方

3、法和步骤，还有完整的电路原理图和参 考运行结果，但应注意，上机实验时，应当尽力独立计算开关电源系统的 元器件的参数值，将结果和本指导书提供的运行结果进行比较分析，如果 所得结果不对时，再对照参考原理图、设计方法和仿真步骤找出错误，得 到正确结果，写出实验报告。实际上，写实验报告也是整个实验的重要环 节，因为只有通过写实验报告，用所学理论来分析解释程序的运行结果， 才能进一步验证、理解和巩固学到的理论知识，达到实验的目的。 开关电源实验指导书 1 目录目录 前言前言.I 目录目录.1 实验一实验一 学习使用学习使用 SABER.2 一. 实验目的.2 二. 实验内容和要求.2 三. 实验主要仪器

4、设备和材料.2 四. 实验方法、步骤及结果测试.2 五. 实验报告要求.52 实验二实验二 双管电压模式正激开关变换器设计双管电压模式正激开关变换器设计.53 一. 实验目的.53 二. 实验内容和要求.53 三. 实验主要仪器设备和材料.54 四. 实验方法、步骤及结果测试.54 五. 实验报告要求.75 六. 思考题.75 实验一 学习使用 SABER 2 实验一实验一 学习使用学习使用 SABER 实验项目名称：学习使用实验项目名称：学习使用 SABER 实验项目性质：验证性实验实验项目性质：验证性实验 所属课程名称：开关电源技术所属课程名称：开关电源技术 实验计划学时：实验计划学时：2

5、 一. 实验目的一. 实验目的 (1) 学习使用 SABER， 为以后的开关电源技术实验操作顺利进行打下 基础。 二. 实验内容和要求二. 实验内容和要求 (1) 创建一个设计，包括建立目录、应用 Saber Sketch 建立一个设计、 放置元器件、编辑符号性质、原理图布线以及修改导线性质等等 (2) 对设计进行分析，包括从 Saber Sketch 到 Saber Guide，执行瞬态 和直流分析，在设计中放置 Probe，执行交流分析和调用 ComosScope，利用 ComosScope 分析波形，在一个波形中测量数 据，改变一个参数，显示参数扫描结果，测量多成员的波形等等。 三. 实

6、验主要仪器设备和材料三. 实验主要仪器设备和材料 计算机，SABER2004 或以上版本 四. 实验方法、步骤及结果测试四. 实验方法、步骤及结果测试 （一）（一） 创建一个设计创建一个设计 1、建立目录、建立目录 首先要创建两个目录，以方便组织我们的例子：一个单级晶体管放大器电路： （1） 打开“我的电脑”，然后在C盘或者D盘下面创建一个名字为 “synopsys_tutorial”的目录。 （2） 打开该目录（“synopsys_tutorial”）。 （3） 在该目录下面创建一个名为“amp”的目录。 开关电源实验指导书 3 （4） 打开该目录（“amp”）。 2、应用、应用 Saber

7、 Sketch 建立一个设计建立一个设计 在该部分，我们应用Saber Sketch来建立一个单级晶体管放大器电路： （1） 首先启动Saber Sketch：“开始” “所有程序” “Synopsys” “Saber Sketch” 我们会见到一个空的电路原理图窗口出现了； （2） 我们要为这个电路原理图起个名字: a. 点击 File Save As. 实验一 学习使用 SABER 4 开关电源实验指导书 5 b. 找到刚才我们创建的目录“AMP”，然后为该项设计起个名字为 “single_amp”； c. 点击“保存”. （3） 先熟悉一下这个软件的一些菜单和按钮： 注意，我们这个电路原

8、理图的窗口名字已经变成了“single_amp”。 我们可以把鼠标放到一些按钮上面悬停， 一些注释会告诉你该按钮所起的作用， 当然如果你英文比较流利， 你也可以经常使用菜单项中的HELP来帮助你熟悉这个软 件。 3、放置元器件、放置元器件 在这部分，我们可以应用该软件来建立电路原理图，以下图作为我们该次实验 的例子来熟悉这个软件。 （1） 查找和放置NPN晶体管：: a. 单击Parts Gallery（元件库）图标. 实验一 学习使用 SABER 6 开关电源实验指导书 7 b.输入NPN进行查找. c.找到之后，在列表中选择“3 pin NPN,Transistor”，然后选择Place（

9、放置） 这里要注意的是，如果放置一个三极管，则点击“Place（放置）”一次，如果 放置三个，则点击三次，以此类推。 （2） 放置电阻 如图，我们继续查找电阻“Resistor”，并选择放置，这里要注意的是，电阻是 有两种的，一种是水平的，另一种是立式的，当然我们选择的是后者。而且我们要 放置5个电阻，因此，我们要点击“放置”5次 -_-; 。 （3）按照该次实验给出的原理图，我们把电阻放置好，这里可以用鼠标左键单 击电阻并进行拖拽，拉到目的位置后再松开左键。 注意：为了明确元件的相互位置，我们可以点击“Toggle Grid”按钮把原 理图的网格打开，也可以点击“Zoom to Fit ic

10、on. ”（放大）按钮以调整视角。. 实验一 学习使用 SABER 8 （4）同理，我们在元件库中查找“v_pulse ”符号，并进行放置，这里要注意 的是，我们查找后，在列表中要选择“Voltage Source, Pulse”进行放置。 （5）重复上面的查找+放置步骤，直到我们把需要的元件全部找齐： 查找查找 Part Name 数量数量 v_dc Voltage Source Constant 1 cap Capacitor ( ) 1 cap Capacitor ( | ) 1 ground Ground, (Saber Node 0) 6 vcc vcc 3 注意：如果我们需要的数量

11、超过 1，记住要按照数量要求点击相应次数的“放 置”按钮。查找完成所有元件之后，关闭“查找元件库”对话框。 开关电源实验指导书 9 实验一 学习使用 SABER 10 开关电源实验指导书 11 实验一 学习使用 SABER 12 （6）然后对照原图把元件的相应位置摆放好； （7）细心的同学可以发现输入电容方向不一致，我们可以在电容上点击右键，并在 弹出的菜单中选择“Rotate”“180”，即旋转180度。 4、编辑符号的属性、编辑符号的属性 在摆放好了所有的元器件之后，我们需要按照给出的原理图要求逐一编辑好相 应的电气特性。我们先从简单的电阻和电容进行编辑： （1）首先选定一个电阻，如RC，

12、然后双击，在弹出的属性框中修改相应的属 性。在下图中，可以看到我们要修改三个地方，即： “ref”要修改为“rc”； “rnom” 要修改为“1.1K”；还有这两个地方后面的黑圈，要点击它，使之变成半黑半绿， 目的是在原理图上显示后面部分的内容，即“rc”和“1.1K”，修改完之后要点击 “Apply”按钮使修改生效。当然，你也可以把黑圈改成全绿，然后再点击“Apply” 按钮，观察有什么不同。 （2）如此类推，分别把电阻和电容的参数进行修改，还有 VCC 的参数，也是 修改其中的两个数据。 开关电源实验指导书 13 实验一 学习使用 SABER 14 开关电源实验指导书 15 实验一 学习使

13、用 SABER 16 开关电源实验指导书 17 Part Identifier Replacement Value r1 61k r2 17.6k re 300 rc 1.1k cin 33n cload 0.1n vcc 12 （3）然后我们开始修改NPN三极管。 A、双击三极管，以打开属性对话框； B、把q_3p的ref属性修改为q1； C、通过点击把后面的全黑圈改成半绿； D、点击下面一行的 (type=_n)值，以修改saber_model属性，点击后会弹出一个 “STRUC model”对话框， 我们拉动右边的滚轴，找到一个“bf”列表，然后把里 面的值修改为200 E、单击OK，以

14、关闭“STRUC model”对话框并使刚才的修改生效。 H、在属性对话窗中，单击OK按钮，以便使该项改变生效并关闭窗口 实验一 学习使用 SABER 18 （4）修改脉冲电源。 A、双击脉冲电源“v_pulse”，以打开属性对话框； B、按照下表要求修改相对应的值并单击OK； Symbol.Reference Property Name Value v_pulse.sig_source ref initial pulse tr tf width period ac_mag sig_source 1.2 2.3 10n 10n 0.5u 1u 1 开关电源实验指导书 19 这样就把所有元器件的

15、属性按照原理图的要求修改好了，下一步就需要按要求 连线。 5、原理图布线、原理图布线 （1） 、在这一步里面，我们可以用鼠标点击每个元器件的电气连线点，单击之 后，鼠标就会拖出一条绿线来，这样我们就可以通过移动鼠标把这条绿线按照原理 图的要求连接到各自相应的元器件上面，重复上面的步骤，就可以完成原理图的步 线了。 当然，你也可以在菜单栏之中点击“Wire”按钮，进行步线。 （2） 、在连线的过程中，也可以通过拖拽的方式来进一步摆放好各自的元器件， 使电路原理图更直观和紧凑。 （3） 、对于 GROUND 和 VCC，可以直接把它拖拽到相对应的电阻和电容上面 或者下面进行放置，注意电气连接一定要

16、保证连接完好。 实验一 学习使用 SABER 20 6、修改电线的属性。、修改电线的属性。 在上面已经步好线的图中，如果我们没有定义，则 Saber Sketch 会自动为每条 线命名，如“n_30”这样的名字，为了让后面的设计和分析更容易理解，我们有必 要对一些线进行定义，赋予一些有意义而且容易理解的名字。 可以单击其中一条电线，如最左边的输入线，你会看到它会改变颜色，然后按 右键，在弹出的窗口中选择“Attributes” （属性） ，修改相应的名字（如最左边的输 入线，可以命名为“in” ） 。 下图给出了几组线的名字，请按照要求进行修改。 开关电源实验指导书 21 实验一 学习使用 S

17、ABER 22 开关电源实验指导书 23 实验一 学习使用 SABER 24 7、保存、保存 在完成了线名字的修改之后，我们算是完成了这个实验的第一部分，已经画好 了原理图，然后我们可以点击进行保存这个文件。下面就准备用 Saber Guide 来 进行放大器信号的模拟。 （二）对该设计进行分析（二）对该设计进行分析 当你应用 Saber Sketch 完成了一个设计之后，就可以利用 Saber Guide 的模拟环 境来分析你的设计。 1、在、在 Saber Sketch 中启动中启动 Saber Guide。 （1） 、在工具条中点击Saber Guide 按钮。 开关电源实验指导书 25

18、 2、直流信号的瞬态分析。、直流信号的瞬态分析。 在这部分，可以利用模拟给定一个电压来模拟电路的各个状态，并通过 CosmosScope 来观测各种波形。 （1） 、在 Saber Guide 的工具条中点击瞬态分析工具图标Transient Analysis icon，它会弹出一个对话窗口，按照图中填好对话窗的各项条目： （2） 、点击标签“Input/Output” ，并按下图修改好： 实验一 学习使用 SABER 26 开关电源实验指导书 27 （3）点击 OK，并等待软件提示“正在进行模拟” ，完成后会在右上的工具栏 有相应的提示。 （4）显示模拟分析的结果。 A、在 Saber Sk

19、etch 菜单中，选择“Results Operating Point Report.”菜单项， 这会弹出一个窗口来显示分析的结果。 B、关闭该窗口。 C、要直接在原理图上显示 DC 分析的电压，可以在 Saber Sketch 菜单中，选择 “Design Back-Annotate Place Across Values.”菜单项，则相应的电压数据就会标 明在电路上面。 实验一 学习使用 SABER 28 开关电源实验指导书 29 （5） 、在电路中放置探针。 通过放置探针，可以观测电路各个位置的波形图： A、在原理图中，用鼠标单击“aout”电线来选择该电线，然后点击右键，在弹 出窗口中

20、选择“Probe”菜单项，会弹出一个电压波形的窗口来表明“aout”这条线 上的电压。 B、 可以通过拖动波形窗的四角来改变大小， 也可以把波形窗的指示箭头拖到另 外一条线上来观测该处的电压波形。如果需要关闭该窗口，可以在波形中右键点击， 在弹出的菜单中选择“Delete” 。 C、在完成了观测之后，我们先把这个波形窗口关闭，以进行下一步模拟。 实验一 学习使用 SABER 30 开关电源实验指导书 31 3、交流信号分析与、交流信号分析与 CosmosScope 波形观测器。波形观测器。 （1） 、点击“频率响应工具图标”Frequency Response icon （2） 、在弹出的对话

21、框中完成相应项目： （3） 、单击 OK，等待 AC 分析完成，完成之后程序会调用“CosmosScope” ， 并同时弹出几个窗口：一个是图形显示窗，一个是 Signal Manager 窗口，是管理信 号图形文件（plot files）用的，还有一个是已经打开的文件“single_amp.ac.ai_pl” ， 这个就是我们刚才调用 AC 分析模块得到的信号图形文件。 实验一 学习使用 SABER 32 开关电源实验指导书 33 4、通过、通过 CosmosScope 来分析波形来分析波形 以下的工作都是在 CosmosScope 窗口中完成： （1） 、在“single_amp.ac.a

22、i_pl”文件窗口中，单击信号“aout”来选择该信号， 同时该信号“aout”变成高亮。 （2） 、单击“Plot”按钮，使该信号显示在图形显示窗中。 （3） 、可以看到有两组信号同时出现在图形窗中，其中在本次实验中用不到 (deg):f(Hz)波形，因此我们可以选择把它删掉。 A、把鼠标移到(deg):f(Hz)的名字上面，直到它变成红色。 B、右键点击，在弹出的菜单中选择“Delete” （4） 、可以在图形窗继续添加不同的波形图 A、首先在“Signal Manager”窗口中点击“Open Plotfiles.”按钮。 B、在弹出的对话窗中，把文件类型选择为“Saber pl (*.

23、ai_pl, *.p1.*, *.p1)” C、在文件列表中，选中“single_amp.tr.ai_pl” D、单击“Open”按钮，则相应文件的窗口就会出现。 E、在该文件窗口中双击信号“aout”和“in” ，可以看到在图形窗中多了两个波 形 F、在观测完该信号“aout”和“in”之后，把他们从图形窗中删除。 实验一 学习使用 SABER 34 开关电源实验指导书 35 实验一 学习使用 SABER 36 5、在波形中测量数据、在波形中测量数据 CosmosScope 提供了一些测量工具包，其实就是一些算法，通过波形来计算以 实现测量数据的获得，我们可以用测量工具获得一些频率响应的相关

24、数据，比如带 宽和增益等等。 （1） 、在前面实验剩下的 dB(out) (dBV):f(Hz)波形中，可以把 Signal Manager 窗口关闭。 （2） 、在 CosmosScope 窗口底部的工具栏中，单击测量工具按钮 （3） 在弹出的窗口中， 在 “At X” 右边的按钮中选择 “Measurement Frequency Domain Bandwidth”菜单项。因为在前面的实验中，只剩下了一个波形，因此在信 号的选项中，应该只有一个选项，如果不是，则要对信号源进行选择。 （4）单击“Apply”按钮。则带宽波形就会显示在图形窗中。 （5）再选择“Measurement Freq

25、uency Domain Gain Margin”菜单项 （6）单击“Apply”按钮。则可以看到增益余量也同时显示在图形窗中。 （7） 在图形窗中的 “dB(aout) signal” 上面点击右键， 在弹出菜单中选择 “Signal Menu Measure Results.” ，就会弹出一个测量结果的对话框，这里可以得到更多的 信息量，也可以通过点击右边的黑圈/绿圈来决定是否把该项数据显示出来。 （8）在浏览了测量结果对话框后，请把它关闭。 开关电源实验指导书 37 实验一 学习使用 SABER 38 6、观测电路参数变化的影响、观测电路参数变化的影响 在一些电路分析，经常需要考虑一些电

26、路参数的变化对电路特性的影响，这在 CosmosScope 中很容易实现，例如，你可以考虑把电路中的发射极电阻（RE）从 200 开始，每次递增 20，直到 400，在这变化的过程中观察对电路三方面的影响：DC 工作点、瞬态分析以及交流信号分析等等。 （1） 、先不管 CosmosScope 窗口，回到 Saber Sketch 中来。 （2） 、单击“变化”按钮Vary icon，会弹出一个 Looping Commands 对 话框。 （3） 、在该对话框中，单击 VARY 按钮，并按照下图完成弹出窗口。 Parameter Name = /r.re/rnom Sweep Type = S

27、tep By From = 200 To = 400 By = 20 （4） 、单击“Accept.” 开关电源实验指导书 39 实验一 学习使用 SABER 40 （5）在 Looping Commands 对话框中，选择菜单“AddAnalysis Within Loop(s) Transient” ，然后再点击新出现的“tranalysis”按钮，并按下图完成弹出窗口的参 数。 注意要把标签页切换到“Input/Output” 。 Waveform at Pins =Across Variables Only Plot File = vary_tr Data File = vary_tr

28、 （6）再次点击“Accept.” （7）在 Looping Commands 对话框中，继续选择菜单“AddAnalysis Within Loop(s) Small Signal AC” ，然后再点击新出现的“tranalysis”按钮，并按下图完成 弹出窗口的参数，同样是要切换到“Input/Output”标签。 Plot File = vary_ac Data File = vary_ac 开关电源实验指导书 41 实验一 学习使用 SABER 42 （8）再次点击“Accept.” （9）点击 OK 之后等待系统完成相应的分析与模拟。 （10）点击退出关闭 Saber Sketch，

29、当然退出之前你可以选择保存之前的工作， 现在回到 CosmosScope 7、在、在 CosmosScope 中观测电路参数变化的结果中观测电路参数变化的结果 （1） 、激活刚才的 CosmosScope 窗口。 （2） 、在图形窗中空白处点击右键，选择“Clear Gragh”或者在工具栏中选择 清除按钮，以便把之前的波形全部清除。 （3） 、关闭之前打开过的 single_amp.ac.ai_pl 文件窗口（如果已经关闭了可忽略 该步） 。 （4） 、在“Signal Manager”窗口中，点击“Open Plot Files.”按钮。 （5） 、在弹出的对话框中连选两个文件：singl

30、e_amp.vary_ac.ai_pl 和 single_amp.vary_tr.ai_pl（通过鼠标框选或者按住 SHIFT 键连选） 开关电源实验指导书 43 实验一 学习使用 SABER 44 （6） 、单击“打开” （7） 、在 single_amp.vary_ac.ai_pl 文件窗口中，双击 aout 信号，这时可以看到 由 RE 变化而引起的一系列波形。 （8） 、删除(deg):f(Hz) Phase(aout)波形。 （9） 、在 single_amp.vary_tr.ai_pl 文件窗口中，双击 aout 信号，同样可以看到另 一系列波形同时现实在图形窗之中。 （10）把(

31、V):t(s) aout 信号的波形图用鼠标拖拽到(dBV):f(Hz) dB(aout)波形图上 面并松开鼠标，可以看到两个波形的重叠。 （11）选择(dBV):f(Hz) dB(aout)波形图，然后右键点击，选择“Member” ，在 “Member”窗口中单击“Hide All”按钮。 开关电源实验指导书 45 实验一 学习使用 SABER 46 （12） 选择(V):t(s) aout 信号的波形图并点击右键， 选择 “Member” ， 在 “Member” 窗口中单击“Hide All”按钮，所有的波形都消失了。然后再点击“Loop Highlight” 按钮，这个时候波形会象走

32、马灯一样轮流显示，直到再次按下“Loop Highlight”按 钮。 （13） 在图形窗中删除(V):t(s) aout 信号的波形图， 在剩余的(dBV):f(Hz) dB(aout) 波形图上，右键打开“Member”属性对话框。单击“Show All Members”按钮。 （14）关闭“Member”属性对话框。 开关电源实验指导书 47 8、对系列波形的测量与分析、对系列波形的测量与分析 （1） 、点击 Measuremen 按钮，并完成弹出的对话框如下图示 实验一 学习使用 SABER 48 （2） 、点击“Apply”按钮。 （3） 、新出现的这个波形就是根据(dBV):f(H

33、z) dB(aout)系列波形图得到的。X 轴是电阻的阻值，Y 轴就是 dB(V)的级别。这个波形图看起来是一条光滑的曲线， 实际上，我们刚才只是每 20 欧姆才模拟一次结果，因此结果是不连续的，下面继续 把这个实验做完，看看只是显示原来离散的数据是怎么样的。 （4） 、删除掉(dBV):f(Hz) dB(aout)波形图。 （5） 、 选择 Max(dB(aout)波形图， 然后在工具条上面点击 At X Measurement 按钮，可以看到波形上出现了一个标记。 （6） 、通过在曲线上面拖拽这个标记，可以知道当 Y 轴增益为 10DB 的时候， 发射极电阻的阻值大概是 307 欧姆，这表

34、明利用图形可以很快获得所需要的数据。 开关电源实验指导书 49 实验一 学习使用 SABER 50 （7） 、在 Max(dB(aout)信号上面右键单击“Style None” ，然后继续右键单击 “Symbol square symbol.” ，这个最后的图形就表明了这个波形的原始数据，你也 可以选择其他的形状或者大小来显示改波形。 （8） 、关闭 CosmosScope。 开关电源实验指导书 51 实验一 学习使用 SABER 52 五. 实验报告要求五. 实验报告要求 (1) 简述实验原理及目的。 (2) 有条件的同学可到学院的 FTP 下载该软件进行复习，在下次实验前 多点熟悉该软件

35、的操作。 (3) 思考开关电源中闭环系统设计的步骤和主要结论。 开关电源实验指导书 53 实验二实验二 双管电压模式正激开关变换器设计双管电压模式正激开关变换器设计 实验项目名称：双管电压模式正激开关变换器设计实验项目名称：双管电压模式正激开关变换器设计 实验项目性质：综合性实验实验项目性质：综合性实验 所属课程名称：开关电源技术所属课程名称：开关电源技术 实验计划学时：实验计划学时：4 一. 实验目的一. 实验目的 本实验的设计过程分为四个步骤，与每一步相应的目的如下： (1) 学习利用给定的条件设计主电路(功率变换)中的主要元件，如占 空比、变压器匝比、输出滤波器以及开关频率等等。 (2)

36、 利用平均电路设计变换器的反馈补偿。 (3) 使用闭环电路设计调制电路，初步验证开关电源设计 (4) 包含所有元器件的器件级双端正激变换器设计，包括缓冲器、晶 体管模型开关和驱动电路等等，通过仿真验证设计的正确性。 二. 实验内容和要求二. 实验内容和要求 本实验使用Saber仿真器指导学生循序渐进学习双管电压模式正激开 关变换器的设计过程。 1、设计规范：输入输出规范以及其它规范 2、开环设计：确定占空比和变压器匝比，设计输出滤波器中的电感 和电容，使用 Saber 验证开环设计 3、使用平均模型设计补偿器：使用 Saber 验证平均模型，开环交流分 析，设计补偿电路，使用 Saber 验证

37、补偿电路设计，使用 Saber 验 证闭环电路参数。 4、调制器设计以及最后的闭环电路设计仿真： 使用 Saber 验证调制器 设计以及闭环电路设计。 5、最后的器件级双端正激开关变换器设计。 实验二 双管电压模式正激开关变换器设计 54 三. 实验主要仪器设备和材料三. 实验主要仪器设备和材料 计算机，SABER2004 或以上版本 四. 实验方法、步骤及结果测试四. 实验方法、步骤及结果测试 （一） 设计规范 1、输入规范： Line Input 150Vdc，6V Pin(max) = ()max out P Eff = 30/.85 35 Watts 2、输出规范： Vout 15Vd

38、c Vout(ripple) 25mV p-p Iout 50mA to 2A Iout(ripple) 100mA p-p Pout(max) = (15V)(2A) 30 Watts 3、其它 Efficiency 85% Switching Frequency 200KHz （二） 开环设计（功率电路设计） 1、确定占空比和变压器匝比 正激变换器的基本关系式： Vout (Vin)(1 / n)(D) 式中Vout 为直流输出电压，n为变压器匝比且等于np / ns，D为占 空比。 根据Vout = 15V and Vin = 150 V. 正激变换器的占空比D必须小于0.5，其取值范围

39、在00.5之间。本 例中，取D=0.3， 所以 1 151500.3 n 解上述方程得到n=3 开关电源实验指导书 55 2、计算最大、最小和额定的占空比 占空比可用下式求得 1 outd in VV D V n + = 式中Vd是输出整流二极管压降，令Vd=0.85V。 （1） 最大占空比Dmax定义为 max (min) 1 outd in VV D V n + = 式中Vin(min)=150-6=144V,n=3,Vout=15V,Vd=0.85 所以 Dmax=0.3302 正激变换器中最大占空比为0.3302是可接受的，因为它小于 0.5。 （2） 最小占空比Dmin定义为 min

40、 (max) 1 outd in VV D V n + = 式中Vin(max)=156V。代入相应的参数得到： Dmin=0.3048 （3） 额定占空比Dnom定义为 () 1 outd nom in nom VV D V n + = 式中Vin(nom)=150V。代入相应的参数得到： Dnom=0.317 该Dnom值大于先前所选的D(0.3)， 因为考虑了输出二极管压降。 3、设计输出滤波器 下图所示为通过滤波器电感的电流波形。 实验二 双管电压模式正激开关变换器设计 56 电感中最大的峰峰电流由最小的负载电流（Imin=0.05A）决定。 如果负载电流小于0.05A，部分电感电流值

41、为0，使功率变换器进 入不连续工作模式。 下图所示为最大的纹波电流。 （1） 设计电感 使用下列方程计算电感值 LP di VL dt = 式中VL=15V,di=0.1A， dt=(1-Dmin)/fsw =(1-0.3048)/200kHz=3.5s 所以 3.5 150.53 0.1 p LmH = （2） 设计电容 通过电感的电流波形 最大的纹波电流 开关电源实验指导书 57 输出电容纹波Vout(ripple)连同通过电感的电流纹波Iripple一起决定 了输出电容的大小。 下式用于计算电容值 1 8 ripple ripple I C fV = 式中Iripple=0.1A，f20

42、0kHz，Vripple=0.025V 1 0.1 8 2.5 2000.025 CF k = 计算电容的等效ESR Resr=/0.025/0.10.25ESRVI= = 由于输出滤波电容中，电容值与ESR值是一个常数，该常数等 于 6 65 10，所以 Co=6510 6/Resr=65106/0.25=260uF 4、使用Saber验证开环增益 下图是开环结构 实验二 双管电压模式正激开关变换器设计 58 注意: 额定输入电压= 150V 最大输出负载电流 2A (Rload = 7.5) 占空比 = .317 开关频率 = 200kHz L, C, ESR的值 执行瞬态分析 检验: 当Vin = 150V, D = .317, n = 3时, Vout15V，IL(ripple).1A p-p Vout(ripple)=.025V p-p Step 1. 打开原理图打开原理图. （1） 调用 SaberSketch. （2） 打开设计文档 f_ol (File Open Design). Step 2. 调用调用SaberGuide 图标条图标条. 单击 Show/Hide SaberGuide 图标 Step 3. 调用调用SaberGuide Transcript 窗窗. 单击在SaberGuide图标条上的. cmd 按钮 Step