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電路設計電力電子仿真工具
電路設計電力電子系統(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。然后就是開關穩(wěn)壓器中的噪聲問題，它會引起低電平下游數字組件的意外開關，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計將以可接受的紋波輸出正確的電壓，無畏的設計師應該做什么？電力電子仿真需要在設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容
這個問題的答案取決于您所構建的系統(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/電流來確定設計的功率傳輸特性。確定平均值就像在某個選定時間段內計算輸出波形的積分一樣簡單。
線性度。電力電子系統(tǒng)將在一定范圍內通過線性函數將輸出和輸入關聯(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，應針對不同的負載對此進行仿真。
波紋。PFC電路，開關穩(wěn)壓器，整流器和其他電路不會產生平坦的DC輸出。當電路中存在開關或整流元件時，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DC-DC轉換器和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。您需要根據轉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，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/或調制指數（對于PFM控制信號），以檢查它們如何影響穩(wěn)壓器的輸出。
以下是成功模擬電力電子設備的一些步驟：
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，因此在構建原型之前了解這些限制很重要。
通過參數掃描改變負載
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。在開關穩(wěn)壓器中，需要確保在負載電阻值的所有可能范圍內都在線性范圍內工作。使用參數直流掃描，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造載荷線的SPICE傳遞曲線示例。
可以為PSpice中的電源晶體管構建的晶體管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?？梢詫⑷魏?/span>PWM發(fā)生器電路和其他組件作為經過驗證的組件模型添加到系統(tǒng)中。