開關(guān)電源中變壓器的Saber仿真輔助設(shè)計一：反激

所幸的是，我們做開關(guān)電源中的變壓器使用得最多的錳鋅鐵氧體功率磁芯PC40材質(zhì)，可以用“3C8”材質(zhì)完全代替，很多實例反復(fù)證明，用“3C8”代替PC40材質(zhì)仿真變壓器或者PFC電感是非常準確的，仿真獲得的各種參數(shù)誤差已經(jīng)小于PC40材料本身參數(shù)的離散性（幾個百分點）。

四、 輔助設(shè)計的一般方法和步驟

1、開環(huán)聯(lián)合仿真

首先需要搭建在變壓器所在拓撲的電路，在最不利設(shè)計工況下進行開環(huán)仿真。

為保證仿真成功，一般先省略次要電路結(jié)構(gòu)，比如控制、保護環(huán)路以及輸入輸出濾波環(huán)節(jié)，盡量保持簡潔的主電路結(jié)構(gòu)。

器件可以使用參數(shù)模型（_sl后綴)甚至理想模型。

變壓器、電感一般先采用線性模型。

此階段仿真主要調(diào)整并獲得變壓器初、次級最合適電感量，或者電感量允許范圍。需要反復(fù)調(diào)整，逐漸加上濾波和物理器件模型，最后獲得如下參數(shù)：

變壓器初級最佳電感量 lp

變壓器次級電感量及大致的匝比

變壓器初級繞組上的電流波形，主要是峰值電流 Im

電路中其他電感的 lp、Im 值。

2、變壓器仿真

將上述仿真獲得的（參照）變壓器復(fù)制到4樓所述的類比仿真電橋中的一測，另一側(cè)用一個對應(yīng)的非線性（目標）變壓器。

注意：所有變壓器各繞組都要接地，一次仿真只能針對一個對應(yīng)的繞組，且繞組電阻 rx 不能為0。

對稱調(diào)整電路電流，使參照變壓器初級上的峰值電流 = Im，這里波形和頻率不重要，可以直接用工頻正弦。

對目標變壓器設(shè)置和調(diào)整不同的參數(shù)，包括：磁芯型號參數(shù)、匝數(shù)、氣隙開度，一般用“3C8”材質(zhì)。

調(diào)整目標是使電橋平衡，即類比電橋兩邊獲得同樣幅度的不失真波形。

調(diào)整中有個優(yōu)化參數(shù)的問題，由于 Im 是確定的，在這個偏置電流下，首先是要找到一款最小的磁芯，適當?shù)脑褦?shù)和氣隙開度，能夠使其達到參照電感量。換句話說，如果選用再小一號的磁芯則不能達到此目的（要飽和）。

其中，匝數(shù)和氣隙開度有微妙之關(guān)系，一般方法應(yīng)該首先求得（調(diào)試得）該磁芯在 Im 條件下可能獲得的最大電感量的氣隙開度，保持該氣隙開度不變，再減少匝數(shù)直到需要的參照的電感量。這樣的好處是：可以獲得最大的抗飽和安全余量、最少的匝數(shù)（最小的繞組電阻和窗口占用）。

其中：抗飽和安全系數(shù)= 臨界飽和電流/ Im 。

3、再度聯(lián)合仿真

把類比得到的非線性（目標）變壓器代替第一步驟聯(lián)合仿真電路中的線性變壓器，再行仿真。其中，由于匝數(shù)已經(jīng)求得，可通過簡單計算可求得繞組電阻，應(yīng)修改模型中這個參數(shù)。

現(xiàn)在的仿真更接近真實的仿真，可以進一步觀察變壓器在電路中的表現(xiàn)，或許進一步調(diào)整優(yōu)化之。

采用同樣的手段，其他電感也應(yīng)該逐個非線性化，飽和電感、等效漏感等也應(yīng)納入聯(lián)合仿真。

其中：

變壓器損耗 = 變壓器輸入功率 - 變壓器輸出功率

電感損耗功率 = （電感端電壓波形 x 電感電流波形）平均值

電感、變壓器繞組銅損 = （（電感、變壓器繞組端電壓波形）有效值 / 繞組歐姆電阻 rx）平均值