1、 开关电源技术 实验指导书 李志忠 刘方铭 广东工业大学信息工程学院 二七年十一月印刷 开关电源实验指导书 I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。
2、 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
3、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 前言 I 目录 . 1 实验一 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 双
4、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 学习使用SABER 实验项目名称：学习使用 SABER 实验项目性质：验证性实验 所属课程名称：开关电源技术 实验计划学时： 2 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 (1) 创建一个设计，包括建立目录、应用 Saber Sketch
5、 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 （一） 创建一个设计 1、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”，
6、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 Saber Sketch 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
7、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 5b. 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 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
8、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 7b.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（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
9、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 icon. ”（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
10、需要的元件全部找齐： 查找 Part Name 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
11、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 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，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“ Appl
12、y”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 学习使用 SABER 16开关电源实验指导书 17Part 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
13、、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； Sy
14、mbol.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 （ 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
15、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保证连接完好。 实验一 学习使用 SABER 206、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
16、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 SABER 22开关电源实验指导书 23实验一 学习使用 SABER 247、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 当你应用 Saber Sketch 完成了
17、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 Saber Sketch 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 252、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
