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電路設(shè)計(jì)電力電子仿真工具
電路設(shè)計(jì)電力電子系統(tǒng)具有很高的安全要求，尤其是在高壓和高電流下運(yùn)行時(shí)。在任何電力電子系統(tǒng)中，熱管理也是一個(gè)問題，因?yàn)榻M件可以非常快地達(dá)到很高的溫度。然后就是開關(guān)穩(wěn)壓器中的噪聲問題，它會(huì)引起低電平下游數(shù)字組件的意外開關(guān)，尤其是當(dāng)這些穩(wěn)壓器在大電流下運(yùn)行時(shí)。
為了確保他們的新電路設(shè)計(jì)將以可接受的紋波輸出正確的電壓，無(wú)畏的設(shè)計(jì)師應(yīng)該做什么？電力電子仿真需要在設(shè)計(jì)過程中以及整個(gè)系統(tǒng)中單獨(dú)考慮任何有源組件。
電力電子仿真中的檢查內(nèi)容
這個(gè)問題的答案取決于您所構(gòu)建的系統(tǒng)的類型。不同的穩(wěn)壓器和其他電源系統(tǒng)需要不同的設(shè)計(jì)和不同的仿真，以確保正確選擇組件。通常，您需要模擬任何電力電子系統(tǒng)的以下方面：
平均輸出電壓/電流與輸入電壓/電流的關(guān)系。您可以通過比較系統(tǒng)中的輸入和輸出電壓/電流來確定設(shè)計(jì)的功率傳輸特性。確定平均值就像在某個(gè)選定時(shí)間段內(nèi)計(jì)算輸出波形的積分一樣簡(jiǎn)單。
線性度。電力電子系統(tǒng)將在一定范圍內(nèi)通過線性函數(shù)將輸出和輸入關(guān)聯(lián)起來。當(dāng)您需要檢查可以連接到系統(tǒng)的最小負(fù)載（即最大電流）時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同的負(fù)載對(duì)此進(jìn)行仿真。
波紋。PFC電路，開關(guān)穩(wěn)壓器，整流器和其他電路不會(huì)產(chǎn)生平坦的DC輸出。當(dāng)電路中存在開關(guān)或整流元件時(shí)，輸出上會(huì)有一些紋波。紋波通常量化為平均輸出電壓/電流的百分比。
降壓或升壓功能。開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器和PFC電路具有不同的拓?fù)洌@些拓?fù)涮峁┙祲海ń祲海┗蛏龎海ㄉ龎海┕δ?。您需要根?jù)轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/span>的標(biāo)準(zhǔn)公式驗(yàn)證輸出是否隨占空比的變化而變化。
該VRM需要為低電平處理器提供超穩(wěn)定的電源輸出
要執(zhí)行什么模擬
電路設(shè)計(jì)電力電子仿真通常會(huì)在時(shí)域中進(jìn)行。有一些重要原因。首先，通常在創(chuàng)建設(shè)計(jì)之前定義輸入和輸出功率要求，包括任何輸入/輸出交流頻率。您無(wú)需掃描多個(gè)頻率并創(chuàng)建傳遞函數(shù)，也無(wú)需確定系統(tǒng)本身的阻抗。
對(duì)于使用PWM或PFM脈沖進(jìn)行輸出控制的開關(guān)穩(wěn)壓器和其他電路，情況并非如此。您需要改變占空比（對(duì)于PWM和PFM控制信號(hào)）和/或調(diào)制指數(shù)（對(duì)于PFM控制信號(hào)），以檢查它們?nèi)绾斡绊懛€(wěn)壓器的輸出。
以下是成功模擬電力電子設(shè)備的一些步驟：
在輸入端使用受控源
您的電源需要進(jìn)行電壓控制或電流控制，以確保您的電源系統(tǒng)能夠模仿真實(shí)系統(tǒng)的行為。實(shí)際電源將限制它們?cè)陔娏ο到y(tǒng)中可以提供的電流，并且短路負(fù)載不能吸收無(wú)限大的電流。放置的負(fù)載太小可能會(huì)導(dǎo)致電路過早飽和，因此在構(gòu)建原型之前了解這些限制很重要。
通過參數(shù)掃描改變負(fù)載
為了檢查系統(tǒng)的功率消耗，您最終需要改變負(fù)載組件以檢查系統(tǒng)的功率輸出。這可以通過時(shí)域中的簡(jiǎn)單參數(shù)掃描來完成。這種類型的分析會(huì)生成多條曲線，顯示每個(gè)負(fù)載分量值隨時(shí)間的輸出電壓/電流，從而直接比較各種負(fù)載值的功率輸出。您可以使用相同的步驟來檢查其他組件（尤其是系統(tǒng)中的任何電感器或電容器）如何影響功率輸出，紋波和線性度。
任何晶體管/ FET的設(shè)計(jì)負(fù)載線
不要簡(jiǎn)單地將晶體管放置在電路中而不模擬其負(fù)載線。您的系統(tǒng)可能需要在線性或飽和狀態(tài)下運(yùn)行。在開關(guān)穩(wěn)壓器中，需要確保在負(fù)載電阻值的所有可能范圍內(nèi)都在線性范圍內(nèi)工作。使用參數(shù)直流掃描，您可以通過改變負(fù)載和基極/柵極電壓輕松地為系統(tǒng)創(chuàng)建負(fù)載線。下圖顯示了一組可用來構(gòu)造載荷線的SPICE傳遞曲線示例。
可以為PSpice中的電源晶體管構(gòu)建的晶體管IV曲線。
一旦電力系統(tǒng)中的組件進(jìn)入飽和狀態(tài)（即，一旦負(fù)載電阻太低），為了安全起見，系統(tǒng)將需要進(jìn)入恒定電流模式，并且系統(tǒng)應(yīng)具有限流輸出。下面顯示了針對(duì)這種情況的理想系統(tǒng)負(fù)載線。實(shí)際負(fù)載線在低負(fù)載電阻下會(huì)有一些下降，并且系統(tǒng)應(yīng)突然進(jìn)入電流限制狀態(tài)。
電力電子仿真中的理想系統(tǒng)負(fù)載線
在包括發(fā)電機(jī)模型之前定義PWM源
一般采用迭代方法來模擬電路設(shè)計(jì)電力電子。將PWM源定義為獨(dú)立的方波電壓源，可以在添加PWM發(fā)生器之前模擬電路的功能?？梢詫⑷魏?/span>PWM發(fā)生器電路和其他組件作為經(jīng)過驗(yàn)證的組件模型添加到系統(tǒng)中。