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電路設(shè)計電力電子仿真工具
電路設(shè)計電力電子系統(tǒng)具有很高的安全要求，尤其是在高壓和高電流下運行時。在任何電力電子系統(tǒng)中，熱管理也是一個問題，因為組件可以非常快地達到很高的溫度。然后就是開關(guān)穩(wěn)壓器中的噪聲問題，它會引起低電平下游數(shù)字組件的意外開關(guān)，尤其是當這些穩(wěn)壓器在大電流下運行時。
為了確保他們的新電路設(shè)計將以可接受的紋波輸出正確的電壓，無畏的設(shè)計師應(yīng)該做什么？電力電子仿真需要在設(shè)計過程中以及整個系統(tǒng)中單獨考慮任何有源組件。
電力電子仿真中的檢查內(nèi)容
這個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)計的功率傳輸特性。確定平均值就像在某個選定時間段內(nèi)計算輸出波形的積分一樣簡單。
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。當您需要檢查可以連接到系統(tǒng)的最小負載（即最大電流）時，應(yīng)針對不同的負載對此進行仿真。
波紋。PFC電路，開關(guān)穩(wěn)壓器，整流器和其他電路不會產(chǎn)生平坦的DC輸出。當電路中存在開關(guān)或整流元件時，輸出上會有一些紋波。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電路具有不同的拓撲，這些拓撲提供降壓（降壓）或升壓（升壓）功能。您需要根據(jù)轉(zhuǎn)換器拓撲的標準公式驗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)計電力電子仿真通常會在時域中進行。有一些重要原因。首先，通常在創(chuàng)建設(shè)計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。您無需掃描多個頻率并創(chuàng)建傳遞函數(shù)，也無需確定系統(tǒng)本身的阻抗。
對于使用PWM或PFM脈沖進行輸出控制的開關(guān)穩(wěn)壓器和其他電路，情況并非如此。您需要改變占空比（對于PWM和PFM控制信號）和/或調(diào)制指數(shù)（對于PFM控制信號），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)能夠模仿真實系統(tǒng)的行為。實際電源將限制它們在電力系統(tǒng)中可以提供的電流，并且短路負載不能吸收無限大的電流。放置的負載太小可能會導致電路過早飽和，因此在構(gòu)建原型之前了解這些限制很重要。
通過參數(shù)掃描改變負載
為了檢查系統(tǒng)的功率消耗，您最終需要改變負載組件以檢查系統(tǒng)的功率輸出。這可以通過時域中的簡單參數(shù)掃描來完成。這種類型的分析會生成多條曲線，顯示每個負載分量值隨時間的輸出電壓/電流，從而直接比較各種負載值的功率輸出。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)計負載線
不要簡單地將晶體管放置在電路中而不模擬其負載線。您的系統(tǒng)可能需要在線性或飽和狀態(tài)下運行。在開關(guān)穩(wěn)壓器中，需要確保在負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，您可以通過改變負載和基極/柵極電壓輕松地為系統(tǒng)創(chuàng)建負載線。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)中的組件進入飽和狀態(tài)（即，一旦負載電阻太低），為了安全起見，系統(tǒng)將需要進入恒定電流模式，并且系統(tǒng)應(yīng)具有限流輸出。下面顯示了針對這種情況的理想系統(tǒng)負載線。實際負載線在低負載電阻下會有一些下降，并且系統(tǒng)應(yīng)突然進入電流限制狀態(tài)。
電力電子仿真中的理想系統(tǒng)負載線
在包括發(fā)電機模型之前定義PWM源
一般采用迭代方法來模擬電路設(shè)計電力電子。將PWM源定義為獨立的方波電壓源，可以在添加PWM發(fā)生器之前模擬電路的功能。可以將任何PWM發(fā)生器電路和其他組件作為經(jīng)過驗證的組件模型添加到系統(tǒng)中。