開關電源中變壓器的Saber仿真輔助設計一：反激

所幸的是，我們做開關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，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誤差已經小于PC40材料本身參數的離散性（幾個百分點）。

四、 輔助設計的一般方法和步驟

1、開環聯合仿真

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