開關(guān)電源中變壓器的Saber仿真輔助設(shè)計(jì):反激

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(biāo)）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(jì)算可求得繞組電阻，應(yīng)修改模型中這個(gè)參數(shù)。

現(xiàn)在的仿真更接近真實(shí)的仿真，可以進(jìn)一步觀察變壓器在電路中的表現(xiàn)，或許進(jìn)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(gè)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

磁損 = 總損耗 - 銅損，或者，磁損 = 繞組電阻為0的變壓器損耗。

五、設(shè)計(jì)舉例一：反激變壓器

1、開環(huán)聯(lián)合仿真

以100W24V全電壓反激變換器為例，最簡潔的開環(huán)仿真電路如圖（仿真壓縮文件FB1附后）：

注：這里采用無損吸收方式，以便更仔細(xì)的觀察吸收的細(xì)節(jié)和效果。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：

輸入電壓85~265VAC，對應(yīng)最低100VDC，最高375VDC

輸出電壓24V

輸出功率100W，考慮過載20%，即120W，對應(yīng)負(fù)載阻抗4.8歐姆

PWM頻率50KHz

先采用一個(gè)2繞組線性變壓器仿真。 先初步擬訂的變壓器參數(shù)如下：

其中暫定的偶合系數(shù) k=0.985，可表達(dá)約3%的典型漏感。

先用極端高壓（375VDC）仿這個(gè)電路：

占空設(shè)在0.2左右。調(diào)整變壓器次級電感 ls，使輸出達(dá)到24V。

觀察Q1的電壓波形，電壓應(yīng)力明顯分為兩部分，一部分是匝比引起的反射電壓，最前端還有個(gè)漏感引起的尖峰電壓。D3的電壓波形亦如此。

增加 ls 值可以降低Q1的反射電壓，同時(shí)增加D3的反射電壓。調(diào)整 ls 使Q1的反射電壓低于一個(gè)可以接受的值，D3選擇范圍較寬，可暫不仔細(xì)追究。

增加吸收（即C1容量）可以降低漏感尖峰電壓，同時(shí)調(diào)整L1電感量使C1電壓剛好可以放電到0V，最終使尖峰電壓低于一個(gè)可以接受的值。

不同 lp 的值對應(yīng)一個(gè)恰當(dāng)?shù)?ls 值，可以獲得一個(gè)最大的占空比，足夠的占空比才能保證高壓輕載的調(diào)節(jié)性能。

以上調(diào)整應(yīng)始終使輸出保持在24V條件下進(jìn)行。

在C1=15nF，L1=470uH條件下，可以得到如下一組數(shù)據(jù)：

我們暫時(shí)按照占空比=0.22這一組數(shù)據(jù)進(jìn)行下面的設(shè)計(jì)。

再用極端低壓（100VDC）仿這個(gè)電路

增加占空比，直到輸出達(dá)到24V，此時(shí)占空比 0.521

觀察原邊繞組電流波形，可以看出還有相當(dāng)程度的電流連續(xù)（模式）。

平均電流1.72A，峰值電流 Im=4.17A

附：聯(lián)合仿真電路

五、設(shè)計(jì)舉例一：反激變壓器（續(xù)）

2、變壓器仿真

將上述線性變壓器B1復(fù)制到類比仿真電橋的左邊，同時(shí)在右邊放一個(gè)非線形變壓器B2，初步擬訂磁芯為EE2825，接線和初步設(shè)置的參數(shù)如圖：

調(diào)整電源電壓（41.8V），使B1初級回路的峰值電流剛好達(dá)到 lm=4.17A

檢測此時(shí)B1的pp腳電壓。調(diào)整B2初級匝數(shù)使兩邊 pp 腳電壓達(dá)到同樣的值（即感抗相等電橋平衡），得到初級76匝。波形不失真，說明該型號磁芯夠大。

加大電壓（也就是電流），直到右邊波形失真，說明變壓器B2進(jìn)入飽和。

臨界失真的電壓大致為68V，與標(biāo)準(zhǔn)電流電壓41.8V之比為163%，這就是抗飽和安全系數(shù)。

如果對上述結(jié)果滿意，把兩邊接線改到 sp 腳

調(diào)整B2次級匝數(shù)使兩邊sp 腳電壓達(dá)到同樣的值，得到次級18匝。

調(diào)整氣隙，會(huì)得到不同繞組參數(shù)和安全系數(shù)。

評估：

對于有峰值電流控制的電路來說，安全富裕很多，如果窗口允許的話，可以進(jìn)一步減小磁芯。

對于沒有峰值電流控制的電路來說，由于閉環(huán)反饋響應(yīng)的設(shè)計(jì)差異，有可能在高壓輕栽突然加載時(shí)，由于過補(bǔ)償引起超過 Im 的峰值電流，適當(dāng)富裕的安全系數(shù)是必要的。

如果覺得安全系數(shù)還不夠，如果窗口允許的話，可以進(jìn)一步優(yōu)化氣隙獲得更大的安全系數(shù)，或者選用更大的磁芯。

漏感

可以放一個(gè)線性電感到類比電橋上，驗(yàn)證一下上階段仿真的漏感：

所有繞組電阻設(shè)置為最小，比如1p，變壓器副邊短路，調(diào)整電感量，使電橋平衡，得到14uH，這就是漏感，與預(yù)計(jì)的3%差不多。

實(shí)際漏感與繞制工藝、繞組（短路）電阻值、氣隙、測試方法都有關(guān)系，不能精確描述和仿真，這里用偶合系數(shù)或者附加等效電感模擬，需要有點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)成分，仿多了就有數(shù)了，我這里是瞎蒙的。

其他感性元件 電路中L1的電感量470uH，電流平均值0.36A，有效值0.54A，可直接選用0.3mm左右線徑繞制的任何470uH的商品功率電感或者工字直插電感。也可以用附件《磁環(huán)電感精確計(jì)算電子表格》 計(jì)算一個(gè)磁環(huán)電感：

Saber中的非線性電感（變壓器）是中間開氣隙的EE磁芯模型，沒有其他結(jié)構(gòu)的開磁路電感模型，也缺少鐵粉芯材質(zhì)模型，因此此電感不能用非線性電感仿真，磁損就仿不出來了。