saber仿真在buck电路结构推导教学中应用

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1、Saber仿真在Buck电路结构推导教学中应用摘要：在电力电子技术的仿真过程中，采用Saber仿真软件可以使教学过程更为生动直观。本文首先阐述了采用Saber仿真软件进行辅助教学的必要性，然后通过对仿真波形的分析，逐步对Buck降压电路的结构进行推导,教学过程生动直观，对教学质量的提高有明显的促进作用。关键词：SaberBuck仿真中图分类号：G43文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)10(a)-0195-02《电力电子技术》是电气类学生普遍反映比较难的一门课程，其原因主要在于：一方面电路拓扑结构较多且复杂；另一方

2、面是由于器件工作状态不断变化，导致电路工作状态较多，使得电路工作波形复杂，学生理解起来较为困难。课件的引入，再加上动画演示，能够帮助学生理解各工作状态的波形，但是在教学过程中仍然显得过于理论化，与实践相脱节，很难达到理想的教学效果。引入仿真软件教学后，教师可以在仿真中一边搭建电路，一边针对电路的构成进行讲解，并对各项参数进行修改，仿真后让学生观察工作波形的变化情况，学生对各项参数设计的理解将更为深刻。同时，学生参与到仿真分析中，增加了教学的互动性，同时提高了学生学习的积极性［1］。Saber是1987年由Analogy公司推出的一款

3、仿真软件，到现在已有二十多年的历史［2］。它主要用于混合信号和混合技术领域的仿真验证，主要分为三个部分：SaberGuide、SaberSketch和SaberScopeoSaberSketch主要用于绘制电路图，而SaberGuide用于仿真控制，仿真结果可在SaberScope查看。与其他仿真软件相比，Saber具有以下特点：（1）器件库丰富。它包含了各种元器件的理想模型，以及各大公司生产的常用芯片模型。（2）分析功能全面。它既包含了DC工作点分析、时域分析、频域分析等基本分析功能，还包含温度、参数灵敏度、蒙特卡诺、噪声等各种高

4、级分析功能。（3）数据处理能力强大。可以自由的对仿真结果数据进行各种分析和比较乃至运算。因此Saber仿真软件在电力电子仿真中应用非常广泛，将其与电力电子技术教学相结合，将更有助于加强学生对电路工作原理的理解。1采用Saber仿真软件教学的必要性直流变换电路与电力电子技术中其他变换电路相比，结构相对简单，可以作为电力电子技术的入门教学部分。与在模拟电子技术中所学的线性电源不同，电力电子技术中的直流变换电路采用电力电子器件作为开关管使用，电路分为开关管开通和关断两种状态，同时电路采用电感、电容作为滤波或者能量缓冲元件。多种工作状态，以

5、及元器件的多种功能，使得直流变换电路虽然较为简单，但是对于学生来讲，入门分析却较为复杂°Buck变换器即降压变换器，是直流变换电路中最简单的一种，其电路中所用到的元器件在其他更为复杂的电路中也有相同的应用，因此Buck变换器是研究直流变换电路的基础。采用Saber仿真软件逐步对Buck电路结构进行推导，可以加强理解各元器件所起的作用，掌握分析其工作原理的方法，为相关电路的进一步分析打下基础。另外，在电力电子系统设计的过程中，将设计后的技术指标与数据搭建成仿真电路，由于和实际电路参数一致，其得出的仿真结果与实际电路运行结果基本一致，因

6、此仿真软件经常用来验证设计是否正确，以避免重复实验所造成的浪费，所以目前在电力电子行业中，无论是设计还是研发，都要用到仿真软件进行辅助设计。从这方面考虑，在电力电子技术教学中加入仿真软件的教学，可以加强学生理论和实践相结合的能力，提高学生进入社会后的竞争力。2基于Saber的Buck电路结构推导要实现直流降压变换，最简单的方式莫过于在电路中加入开关管，通过对开关管的周期性控制，来减少电源输送到负载的能量，从而使输出电压的平均值降低［3］。仿真电路如图1(a)所示，电源电压为DC24V,开关管驱动波形周期为T=20us,占空比D=0.

7、5,即开关管每个周期导通时间ton=10nSo仿真结果如图2(a)所示，显然输出电压Vo的波形与驱动波形相似，为矩形波，其平均值为12VO这种矩形波虽然是直流电压，但是含有大量的交流分量，不适合用于对电压纹波要求较高的场合，因此为减小纹波必须加入滤波器。一般针对电压纹波，可采用电容器进行滤波。我们在仿真电路中的负载上并上470nF的电容，如图1(b)所示,仿真后的波形如图2(b)所示，显然输出电压的交流分量被滤除，只剩下直流分量，近似于恒定的直流电压，其大小为原波形的平均值Vo二DVin=12V。但是，由于输入电压与输出电压不相等，

8、开关管的通断必然引起电容上电压的突变，导致电容产生很大的充放电流，引起电流尖峰。由仿真结果可以看出，开关管上的电流尖峰为输出电流的5倍以上，很容易导致开关管的损坏。为了抑制电流尖峰，保护开关管，可以考虑在电路中串入能够抑制电流变化的电