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開關電源中變壓器的Saber仿真輔助設計一:反激

作者: 時間:2012-03-07 來源:網絡 收藏

所幸的是,我們做中的使用得最多的錳鋅鐵氧體功率磁芯PC40材質,可以用“3C8”材質完全代替,很多實例反復證明,用“3C8”代替PC40材質或者PFC電感是非常準確的,獲得的各種參數誤差已經小于PC40材料本身參數的離散性(幾個百分點)。

四、 的一般方法和步驟

1、開環聯合

首先需要搭建在所在拓撲的電路,在最不利設計工況下進行開環仿真。

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

器件可以使用參數模型(_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。需要反復調整,逐漸加上濾波和物理器件模型,最后獲得如下參數:

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)變壓器復制到4樓所述的類比仿真電橋中的一測,另一側用一個對應的非線性(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的繞組,且繞組電阻 rx 不能為0。

對稱調整電路電流,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。

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

調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。

調整中有個優化參數的問題,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,適當的匝數和氣隙開度,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,匝數和氣隙開度有微妙之關系,一般方法應該首先求得(調試得)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(最小的繞組電阻和窗口占用)。

其中:抗飽和安全系數= 臨界飽和電流/ Im 。

3、再度聯合仿真

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

現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,或許進一步調整優化之。

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

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



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