saber实用实例：基于理想开关的BUCK开环仿真

仿真之前，先做简单的设定和计算：

输入电压20V，输出电压10V，那么稳态占空比是0.5。

输出电流10A，那么负载电阻是1Ω。

设定电流纹波系数为0.4，纹波电流峰峰值为10A*0.4=4A。

设定开关频率为100kHz，开关周期为10us，那么电感量为：

L=（20V-10V）*（10us*0.5）/4A=12.5uH。

电容根据经验值取100uF，电容的大小将决定输出电压纹波的大小，取的大一点，输出电压纹波小一点，大家可以自由选取，观察输出电压纹波的大小。仿真的优点就是你可以随心所欲的选取你的参数，来观察不同的仿真结果，而不用劳心劳力的去焊板子调试，示波器观测。

参数计算完成之后，下面要在saber中添加元器件，绘制原理图了：

（1）v_pulse驱动开关

图1

（2）clock_l4驱动开关

图2

首先，我们要添加一个开关管，你可以添加一个真实的MOSFET，也可以用一个模拟开关替代，由于本示例仅仅是验证BUCK电路的原理，所以选择了模拟开关。在search检索栏中输入关键字switch确认，在检索结果中选择switch，analog SPST w/logic Enbl，双击添加到原理图中。

图3

图4

在原理图中双击该器件，打开属性栏，需要设置一些关键参数，ron即开关导通时的阻抗，此处保持默认值0.001Ω，roof即开关管关闭时的阻抗，此处保持默认值1megΩ（1兆欧），如果你想改变导通和关断阻抗也是可以的，还是那句话，随心所欲。ton和toff是两个关键参数，即开关管的开通时间和关断时间，表示开关管的开关速度，理论上我们希望开关速度越快越好，比如你可以设置为1ns（注意，必须大于0，所以不能设置为0），但是这两个值影响到saber仿真的时间步进，即saber仿真参数中的Min Time Step必须小于ron和roff，否则仿真进程会因为错误而无法进行。所以如果ron和roff设置的太小，仿真参数中的Min Time Step也必须设置很小，导致仿真速度很慢，需要等待很长时间才能结束仿真进程，尤其是在大型的系统仿真中，由于电路结构复杂，元器件多，saber的计算量很大，如果时间步进再设置的很小，可能需要几十分钟的时间来仿真一个几十毫秒的仿真进程。当然，您也可以泡一杯咖啡或一杯茶，悠闲的等待。在本示例中，为了节约时间，设置ron和roff为100ns。

添加了开关管之后，还需要添加一个驱动信号，由于我们使用的模拟开关是逻辑使能的，所以需要一个逻辑时钟信号来驱动它。

图5

在器件搜索栏中输入logic clock，双击搜索结果，添加到原理图中。然后再双击原理图中的器件，打开属性栏设置参数，有两个关键参数，

一个是freq，即频率，此处输入100k，默认单位是Hz，所以不需要画蛇添足的输入单位。此处再说明一下，saber的参数设置中，所有的参数都是有默认单位的，频率是Hz，时间是s，电压是V，电流是A，功率是W，以此类推，并不需要我们输入单位符号。

第二个参数是duty，即占空比，此处输入0.5。

或者：

在器件搜索栏中输入v_pulse，双击搜索结果，添加到原理图中。

图6

接下来，依次添加电感（关键字inductor搜索），电容（关键字capacitor搜索），二极管（关键字diode搜索）到原理图中，diode检索后选择diode，ideal，即理想二极管。

添加完成之后，修改必要的参数，电感修改参数栏的l值，输入12.5u，电容修改参数栏的c值，输入100u，二极管修改参数栏的Von值，输入0.3V（肖特基二极管的导通压降）。负载电阻的rnom值修改为1。

所有器件参数设置完成，进行仿真参数设置，如下：

图7

为什么要仿真10ms？是因为我们的开环电路，一开始就是0.5的占空比，电感电流为0，电容电压为0，会有一个震荡的过程，直到达到稳态值。

在这里我们希望看到的是稳态值，而不是震荡的过程，所以仿真进程设置10ms，以使时间长度足够观测到稳态值。

图8

仿真结果如上图所示，在经过1ms左右的震荡之后，电压和电流逐渐达到稳态值，输出电压为9.87V，与我们计算的10V有些误差，为何？因为在我们的电路中开关管有导通阻抗，二极管有导通压降，这是在计算时没有考虑的，所以仿真结果与计算值有些出入。

图9

在上图所示的时间轴上，如红色标记所示，鼠标左键按住不放，向右移动一段距离后松开，即可把此段时间内的波形展开：

图10

同样的方式继续展开时间轴，直到能够看到完整清晰的电感电流波形和电容电压波形，如下图所示：

图11

测量结果显示，电容电压纹波为0.05V，电感电流纹波为4.06A。如何进行精确的测量？

图12

如上图所示，在Tool中选择measurement tool，弹出菜单，点击measurement右边的可选框，弹出下拉菜单，选择levels中的peak to peak，即可测量峰峰值，同时可以看到菜单中的选项非常丰富，跟示波器的使用方法类似，可测量最大值，最小值，峰峰值，平均值等，在time domain选项中还可以测量各种跟时间相关的量。

至此，一个BUCK电路的开环仿真就完成了，你也可以尝试仿真BOOST，BUCK-BOOST等电路的开环仿真，用几分钟的时间，完成了一个电路的仿真，看到了和示波器中一样的电压或电流波形，效果是多么的美妙啊。

大部分的调试工作都是可以通过仿真来替代的。大部分的设计工作都是可以通过仿真来验证合理性和可行性的，一旦您掌握了仿真的方法，并能够熟练的使用，你将终生受益，你可以摆脱大多数低效的调试工作，可以节约大量的时间和精力，可以直观的看到你的设计结果，而不仅仅是计算书中的计算公式和枯燥的数字。

当你有一个对于电路的新的想法和思路，如果你要验证它，你可能要花费几天甚至几个月的时间去准备器件，焊板子，调试，直到获得结果。可是如果你用仿真的方法，也许几分钟就搞定了，并且通过更改电路和参数，许多灵感就会迸发出来。

对于很多无法通过精确计算来推算的电路，我们通过仿真就可以获得精确的结果，这对于非线性系统的解决方案而言，真是事半功倍啊，为什么要去求解复杂的矩阵方程？我需要的仅仅是结果而已，过程的推导留给大学老师吧。仿真可以让我们从复杂的计算中解脱出来，随心所欲的更改电路参数，然后获得直观的结果，当你掌握诀窍的时候，你可以让自己的开发效率提高十倍！