基于UCC3960做的原邊啟動副邊控制的磁隔離DC-DC變換器Saber仿真，已做出電路
好多公式和電路，
原邊啟動，副邊控制磁隔離開關(guān)電源---隨意引用，引用請說明出處，保留一切權(quán)利
原邊啟動，副邊控制磁隔離開關(guān)電源仿真
第一部分 使用Saber有限狀態(tài)機(jī)對UCC3960進(jìn)行建模
一Saber仿真軟件介紹
Saber 是Synopsys 公司開發(fā)并于1987 年推出的模擬及混合信號仿真軟件，被譽(yù)為全球最先進(jìn)的系統(tǒng)仿真軟件，也是唯一的多技術(shù)、多領(lǐng)域的系統(tǒng)仿真產(chǎn)品。與傳統(tǒng)仿真軟件不同，Saber 在結(jié)構(gòu)上采用硬件描述語言(MAST)和單內(nèi)核混合仿真方案，并對仿真算法進(jìn)行了改進(jìn)，使Saber 仿真速度更快、更加有效、應(yīng)用也越來越廣泛。應(yīng)用工程師在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，建立最精確、最完善的系統(tǒng)仿真模型是至關(guān)重要的。
Saber是混合信號、混合技術(shù)和線束系統(tǒng)設(shè)計和驗證的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)仿真環(huán)境。Saber的設(shè)計輸入、仿真工具、功能強(qiáng)大的波形顯示和分析能力、綜合全面的模型庫以及模型生成工具得到了高度評價，利用這些功能，設(shè)計人員能夠在不同詳細(xì)程度下分析各個物理學(xué)領(lǐng)域之間的相互作用。先進(jìn)的分析和集成自動化能力讓設(shè)計人員能夠在系統(tǒng)的虛擬原型上實施優(yōu)化、穩(wěn)健設(shè)計和故障式影響分析(FMEA)。SABER經(jīng)過了多個行業(yè)數(shù)百成功設(shè)計的實際生產(chǎn)驗證，已經(jīng)成為設(shè)計方案從概念轉(zhuǎn)化為顯示的優(yōu)選解決方案。
Saber有如下的優(yōu)點，適合功率電路的建模和仿真工作。
在系統(tǒng)、電路、部件和集成電路層面上執(zhí)行仿真達(dá)到當(dāng)前先進(jìn)水平的設(shè)計編輯和數(shù)據(jù)可視化工具完整成套的模型庫和建模工具業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的建模言(MAST、VHDL-AMS)穩(wěn)健設(shè)計和自頂向下和自底而上設(shè)計方法針對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)硬件/軟件聯(lián)合驗證通過先進(jìn)的分析來優(yōu)化成本、性能和可靠性二UCC3960特性
UCC3960可以滿足任何副邊控制開關(guān)電源對于原邊控制器的要求。這個原邊控制器能以60kHz～360kHz的開關(guān)頻率自由運(yùn)行，同時當(dāng)副邊控制信號存在的時候也可以同步副邊的開關(guān)頻率和開關(guān)狀態(tài)。應(yīng)用較小體積和低損耗的脈沖變壓器使得變換器擁有較高的帶寬。同樣的，高帶寬的好處可以消除由于系統(tǒng)初始精度和光耦老化帶來的環(huán)路增益和相位的變化給系統(tǒng)帶來的影響。同時，芯片內(nèi)部還包含了欠壓栓鎖，低電流啟動，軟啟動、5V電壓基準(zhǔn)和高電流驅(qū)動電路。
三UCC3960建模
Saber可以識別由mast語言建立的期間模型。同時，Saber內(nèi)擁有一套完整的MAST語言和狀態(tài)機(jī)建模機(jī)制。電路級仿真所使用的模型就是通過上述方法建立的。
1器件的電器端口定義
UCC2960是原邊啟動控制器，能夠很好的應(yīng)用在副邊控制單端隔離離線式開關(guān)電源控制電路中。UCC2960的封裝形式為8引腳SOIC，這8個引腳皆為功能引腳。除電源輸入和地線外，還有PWM輸出、軟啟動控制、電流檢測等6個功能引腳。
在Saber系統(tǒng)中器件引腳定義如圖1：
vin，gnd：控制芯片的電源輸入。
refpin：芯片參考電壓輸出，向系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓參考。
gatepin：PWM輸出，驅(qū)動功率半導(dǎo)體元件。
sspin、fbpin：sspin通過外接電容器控制芯片的軟啟動，在軟啟動過程中PWM輸出的占空比從0%變化到72%；而fbpin與sspin的工作波形差值形成了芯片的控制信號，在軟啟動完成后芯片根據(jù)該信號與副邊開關(guān)頻率和開關(guān)狀態(tài)開始同步，完成控制轉(zhuǎn)移。
rtpin：定時端口，通過外接電阻控制芯片軟啟動的開關(guān)頻率。
cspin：電流檢測端口，與電流檢測電阻或電流互感器連接，進(jìn)行原邊過流檢測。
Saber中模型的定義和實際元件相同，下面進(jìn)行芯片的行為級描述。
2仿真模型的行為級描述
⑴電阻定時的實現(xiàn)
rtpin引腳輸出的電壓為2V，如果連接一個電阻到地，將在電阻中產(chǎn)生電流。由于芯片內(nèi)部存在鏡像電流源連接的振蕩電路，外部電阻就可以設(shè)定系統(tǒng)的振蕩頻率。
仿真模型中的頻率為，Iset是電阻內(nèi)流過的電流。
自由振蕩頻率為。如使用22.2K的電阻，則振蕩頻率為360.36kHz。
⑵軟啟動
sspin引腳提供了原邊軟啟動的功能。這個引腳須外接電容，由一個7uA的恒流源對電容進(jìn)行充電，以設(shè)定在啟動時PWM輸出的占空比上升速率。這個引腳同樣是脈沖變壓器的交流地，同時也提供了fbpin引腳的直流偏置。電容充電的極限值為5V。
在模型中，通過數(shù)學(xué)計算的方法，來實現(xiàn)軟啟動的控制。
占空比的定義：。
在軟啟動過程中，占空比從0%至72%變化，此變化和外接軟啟動電容上電壓上升速率有關(guān)。所以占空比隨電容電壓變化的數(shù)學(xué)描述為：
式中：Dmax是最大占空比72%，Vss是sspin引腳上的電壓
由于控制器的控制，軟啟動過程從sspin引腳上電壓上升到1V開始，直到引腳電壓達(dá)到5V時結(jié)束，如果此時副邊仍沒有控制信號傳遞到原邊控制器，控制器將以72%的最大占空比一直工作下去。
在軟啟動時，PWM的開啟時間，關(guān)閉時間，將上述分析結(jié)果帶入式中分析，得到開啟時間和關(guān)閉時間的數(shù)學(xué)表達(dá)：
，單位s。
，單位s。
最后，結(jié)合MAST語言，確定模型中使用的參數(shù)為：
PWM開啟時間：timeout(ton)
PWM關(guān)閉時間：timeout(toff)
⑶控制權(quán)移交
當(dāng)原邊軟啟動正在進(jìn)行時，有能量通過功率變壓器傳遞到副邊。此時副邊獲得能量開始啟動。副邊開始工作以后，有控制信號通過脈沖變壓器傳遞到原邊控制芯片。若在原邊軟啟動完成之前，有控制信號傳遞到原邊，控制器將PWM輸出控制權(quán)轉(zhuǎn)交給副邊，占空比和頻率隨副邊控制電路變化；否則原邊將以72%的占空比一直運(yùn)行下去，啟動失敗。
上述的過程就是控制權(quán)移交。
圖2控制信號與驅(qū)動波形
根據(jù)具體電路的要求，副邊傳遞的信號如圖2所示，是副邊控制電路PWM微分后的電壓波形。圖中繪制的圖形是fbpin和sspin引腳上電壓的差值。UCC3960要求此信號的幅值須比sspin引腳上電壓高出±1V，控制信號才能被UCC3960接受。同時UCC3960對信號的寬度有要求，超過控制門限的電壓波形寬度應(yīng)在25ns至200ns之間，這個時間太短或太長，控制器輸出的PWM波形將發(fā)生形變，不能很好地驅(qū)動功率半導(dǎo)體元件。
圖3 UCC3960可接受的波形
⑷過流檢測與原邊過流保護(hù)
UCC3960控制芯片擁有原邊過流檢測功能。
其過流檢測有兩種方式：
①檢測輕微過流
輕微過流檢測的門限是1V，即當(dāng)電流檢測引腳上的電壓幅值或峰值達(dá)到1V時，控制器認(rèn)為電路進(jìn)入輕微過流狀態(tài)。此時控制器將收回控制權(quán)，停止PWM輸出，同時對軟啟動電容進(jìn)行放電。當(dāng)軟啟動電容上的電壓放電至1V時，控制重新對軟啟動電容進(jìn)行充電，進(jìn)入軟啟動狀態(tài)。
②檢測嚴(yán)重過流
當(dāng)電流檢測引腳上的電壓幅值超過1.375V時，控制器檢測到原邊發(fā)生嚴(yán)重過流。此時控制器將收回控制權(quán)，將停止PWM輸出，控制器關(guān)閉，不再進(jìn)入軟啟動的狀態(tài)，直至控制器重新上電。
3 UCC3960的狀態(tài)機(jī)模型
以上分析步驟分析了原邊控制器的功能，并抽象成數(shù)學(xué)模型?，F(xiàn)針對UCC3960的功能進(jìn)行狀態(tài)機(jī)模型的建立，即控制器在實際工作過程當(dāng)中是在不同的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的。
圖4說明了UCC3960的狀態(tài)機(jī)工作流程：
圖4有限狀態(tài)機(jī)模型
Ini：初始化，在這里定義了器件在初始工作時的一些直流變量。
Set：器件初始化過后，器件開始工作，在監(jiān)測到輸入電壓正常后，各個功能部分開始工作。在此狀態(tài)中，設(shè)置了定時電阻的端口電壓，軟啟動時的充電電流和參考電壓。
Softstart(block)：在此方框中包含了兩個狀態(tài)，是軟啟動過程中占空比變化的過程。其中SSL和SSH狀態(tài)分別控制了軟啟動時PWM低電平和高電平的輸出。其過程轉(zhuǎn)換條件控制了占空比。
BackDrive(block)：在此方框中同樣也包含了兩個狀態(tài)。在控制器軟啟動過程中接受到控制轉(zhuǎn)移信號時，由軟啟動狀態(tài)到后級驅(qū)動狀態(tài)。同樣的，兩個狀態(tài)L和H分別控制了PWM輸出的低或高，而占空比的傳遞則靠fb和Vss電壓的差值來決定了。
Backss：器件監(jiān)測到輕微過流發(fā)生，器件將SS放電，同時關(guān)閉PWM輸出。使器件重新進(jìn)入軟啟動的狀態(tài)。
Shutdown：器件監(jiān)測到嚴(yán)重過流發(fā)生，或欠壓發(fā)生時，器件將SS放電，器件關(guān)閉，轉(zhuǎn)入completesdown狀態(tài)。
S12～S19：當(dāng)監(jiān)測到軟啟動電容上電壓達(dá)到參考電壓時，停止向電容充電。
至此，就完成了UCC3960建立行為級模型的工作。
四仿真器綜合
僅僅有了控制器的行為級模型還不能夠在仿真器中使用。在進(jìn)行整體電路仿真時，還應(yīng)在電路圖編輯環(huán)境下進(jìn)行網(wǎng)表的提取和仿真器綜合才能在Saber中使用。
五功能驗證
如圖？所示，控制器在啟動時的占空比變化。當(dāng)軟啟動電壓達(dá)到1V時占空比開始從0開始增加，直到軟啟動電壓達(dá)到參考電壓時，占空比達(dá)到最大72%。
圖5 功能驗證
第二部分 隔離變壓器建模
1磁隔離變壓器建模方法
1電路中使用磁隔離變壓器的參數(shù)
電路采用的磁隔離變壓器采用PC40材質(zhì)的P7/5的罐形變壓器，共初級次級兩個繞組。Np：Ns=4：4，Lp=5.4uH。
2繪制B-H曲線
如圖所示是PC40材質(zhì)的磁性材料的B—H曲線。圖上共計四條曲線，分別代表了不同溫度下的磁件的特性。在后面的建模過程中將用到幾條典型的溫度曲線進(jìn)行溫度仿真。
圖6：PC40材質(zhì)典型B-H曲線
打開Saber的磁性材料建模工具，首先看到的是B-H繪制工具。有兩種方法進(jìn)行磁性材料B-H曲線的繪制方法： 圖7描點繪制的B-H曲線
1調(diào)整B-H曲線的參數(shù)獲得想要的B-H曲線形狀。
2采用描點的方法繪制圖形
我們使用的是第二種方法，采用描點的方法。最大的優(yōu)點是準(zhǔn)確，比較好的擬合了材質(zhì)提供商提供的資料。
圖？就是使用描點的方法繪制的25度時PC40材質(zhì)的B-H曲線。
3設(shè)置使用變壓器的形狀
P7/5罐形磁性材料的橫截面積是圓環(huán)形狀的，反映在圖形上如圖？所示。在條件中輸入所使用材料的有效磁路長度的氣隙長度，表征材料形狀“帶有孔洞的圓”的外徑和內(nèi)徑。這樣，磁性材料的磁芯形狀和物理參數(shù)就設(shè)計好了。
圖8 傳輸變壓器模型建立
4設(shè)置繞組數(shù)量和繞組參數(shù)
首先確定繞線窗口的形狀。繞線窗口是一個2.1mm×1.05mm的矩形窗口，初級和次級的匝比為4比4。那么在“Window”選項卡中填入窗口的參數(shù)，并在Item中設(shè)置繞組的參數(shù)共兩個繞組，8匝線圈。
到現(xiàn)在為止，磁性材料的參數(shù)就建立完成了。重復(fù)上述步驟，將PC40，PC44和PC50材質(zhì)的常溫模型和高溫模型建立完成。
2功能驗證
模型建立完成后，進(jìn)行功能驗證，以檢查模型是否正確。
在saber中，使用以下電路進(jìn)行驗證：
圖9 傳輸變壓器功能驗證
電路Isot就是我們剛剛建立的隔離變壓器的模型。為了仿真高效，沒有把原邊和副邊的繞組進(jìn)行隔離。脈沖源的頻率為400kHz。驗證結(jié)果如下圖所示：
圖10 PC40材質(zhì)25℃ 圖11 PC40材質(zhì)125℃
圖12 PC44材質(zhì)25℃ 圖13 PC44材質(zhì)125℃
圖14 PC50材質(zhì)25℃ 圖15 PC50材質(zhì)125℃
數(shù)據(jù)整理如下：
|
材質(zhì) |
PC40 |
PC44 |
PC50 |
信號超過1V的寬度 |
測試 頻率 400k |
25℃ |
2n |
6n |
2n |
125℃ |
2n |
2n |
4n |
有word可以下載，在第三行
原邊啟動，副邊控制磁隔離開關(guān)電源仿真.docx 請問saber中如何測量畸變電壓的占空比呀？？ 大神有沒有電源中變壓器參數(shù)設(shè)置方面的資料啊，仿真中變壓器老是設(shè)置不好已經(jīng)無法下載第三行的word了，，樓主可不可以再發(fā)一份
我的郵箱 ltaalent588@126.com
謝謝樓主了
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