功率半導(dǎo)體開關(guān)管的SPICE仿真模型
發(fā)布時(shí)間:2008/10/10 0:00:00 訪問次數(shù):1509
為了介紹方便,以正激式開關(guān)轉(zhuǎn)換器為例進(jìn)行說明。假設(shè)隔離變壓器的變比為1∶n。只討論連續(xù)導(dǎo)電模式。這時(shí)晶體開關(guān)管(及隔離變壓器)的仿真符號(hào)如圖1所示,它是一個(gè)由導(dǎo)通比d控制的理想變壓器,其變比為1:dn,等效子電路的仿真模型如圖2所示。
在圖1中,g1表示電流源,e2表示電壓源
導(dǎo)通比d用電阻rd上的電壓urd表示,見圖2中的節(jié)點(diǎn)⑤。
圖1 正激式轉(zhuǎn)換器開關(guān)管的仿真符號(hào) 圖2正激式轉(zhuǎn)換器開關(guān)管的等效子電路仿真模型
由式(14-36)及式(14-37)可知,g1和e2為非線性受控源,包括二階項(xiàng)dl2或du1,用xa表示d,xb、xc分別表示i2、u1?梢杂孟旅娴亩囗(xiàng)式表示非線性受控源
如果用電阻ro上的電壓uro表示xb,則xb=uro,假設(shè)xb=d,則p4=n/r。
如果用y表示電壓源e2,則xa=d,xb=u1,p4=n。式(14-40)可以在子程序內(nèi)規(guī)定,用描述語言表示為:
例如,g1 1 2 (2) 6 3 5 0 0000 100.0
表示受控電流源g1,節(jié)點(diǎn)號(hào)n+=1,n-=2,該受控源是二維的?刂谱兞抗(jié)點(diǎn)號(hào):nc1+=6,nci-=3(即第一個(gè)受控變量為uro),nc2+=5,nc2-=0(第二個(gè)控制變量為d),p0=p1=p2=p3=0,p4=100表示n/r。=100。
圖1及圖2為正激式開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路中功率開關(guān)管(及隔離變壓器)的仿真模型(符號(hào)及子電路)。對(duì)于各種類型的開關(guān)轉(zhuǎn)換器,功率開關(guān)管仿真模型中的理想變壓器變比見表
表 開關(guān)轉(zhuǎn)換器功率開關(guān)管仿真模型理想變壓器變比
注:正激式和反激式電路中隔離變壓器變比為1∶n
buck-boost及反激式轉(zhuǎn)換器電路的仿真模型中有兩個(gè)理想變壓器,均由d控制。
以圖3(a)所示反激式轉(zhuǎn)換器為例,其主電路仿真模型如圖3(b)所示。在圖3(a)中,lp為變壓器初級(jí)繞組電感;變壓器變比為1:n。反激式轉(zhuǎn)換器實(shí)際上就是雙繞組buck-bccst轉(zhuǎn)換器,因此圖3(b)中的仿真模型符號(hào)包括pwmbck和pwmbst兩個(gè)受j控制的理想變壓器,變比分別為1:d及d':n。結(jié)合表可知,當(dāng)n=1時(shí),圖3(b)即為buck boost電路的仿真模型符號(hào)。當(dāng)沒有pwmbst時(shí)即為buck電路的仿真模型符號(hào),而沒有pwmbck時(shí)(且n=1)即為boost電路的仿真模型符號(hào)。
pwmbck的仿真等效電路子電路與圖2相同。而pwmbst的仿真等效子電路還要考慮d'=1-d是如何產(chǎn)生的,故與圖2的電路形式不同。圖4所示為pwmbst仿真模型等效子電路。
圖3 反激式轉(zhuǎn)換器及其spice仿真模型
圖4 pwmbst仿真模型等效子電路
圖4中,r1=0.01ω為輸人電阻。電壓源e1和電流源g2,分別為
節(jié)點(diǎn)⑤的電壓u5=urd代表導(dǎo)通比d。節(jié)點(diǎn)⑧的電壓u8=1-d=d',它由ud1=ed1=-d兩個(gè)電壓源串聯(lián)而成,因此urd1即為導(dǎo)通比d'。圖中rd=rd1=1mω
以上所述的仿真模型都是按連續(xù)導(dǎo)電模式建立的,對(duì)于不連續(xù)導(dǎo)電模式(lcm),開關(guān)轉(zhuǎn)換器功率開關(guān)管的spice仿真模型可以參閱proceedings of powercon 8.1981。
對(duì)于pwmbck和pwmbst兩個(gè)等效子電路可以分別編制spice仿真子程序。
對(duì)于圖2,pwmbck子電路仿真子程序如下:
歡迎轉(zhuǎn)載,信息來源維庫電子市場(chǎng)網(wǎng)(www.dzsc.com)
為了介紹方便,以正激式開關(guān)轉(zhuǎn)換器為例進(jìn)行說明。假設(shè)隔離變壓器的變比為1∶n。只討論連續(xù)導(dǎo)電模式。這時(shí)晶體開關(guān)管(及隔離變壓器)的仿真符號(hào)如圖1所示,它是一個(gè)由導(dǎo)通比d控制的理想變壓器,其變比為1:dn,等效子電路的仿真模型如圖2所示。
在圖1中,g1表示電流源,e2表示電壓源
導(dǎo)通比d用電阻rd上的電壓urd表示,見圖2中的節(jié)點(diǎn)⑤。
圖1 正激式轉(zhuǎn)換器開關(guān)管的仿真符號(hào) 圖2正激式轉(zhuǎn)換器開關(guān)管的等效子電路仿真模型
由式(14-36)及式(14-37)可知,g1和e2為非線性受控源,包括二階項(xiàng)dl2或du1,用xa表示d,xb、xc分別表示i2、u1。可以用下面的多項(xiàng)式表示非線性受控源
如果用電阻ro上的電壓uro表示xb,則xb=uro,假設(shè)xb=d,則p4=n/r。
如果用y表示電壓源e2,則xa=d,xb=u1,p4=n。式(14-40)可以在子程序內(nèi)規(guī)定,用描述語言表示為:
例如,g1 1 2 (2) 6 3 5 0 0000 100.0
表示受控電流源g1,節(jié)點(diǎn)號(hào)n+=1,n-=2,該受控源是二維的。控制變量節(jié)點(diǎn)號(hào):nc1+=6,nci-=3(即第一個(gè)受控變量為uro),nc2+=5,nc2-=0(第二個(gè)控制變量為d),p0=p1=p2=p3=0,p4=100表示n/r。=100。
圖1及圖2為正激式開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路中功率開關(guān)管(及隔離變壓器)的仿真模型(符號(hào)及子電路)。對(duì)于各種類型的開關(guān)轉(zhuǎn)換器,功率開關(guān)管仿真模型中的理想變壓器變比見表
表 開關(guān)轉(zhuǎn)換器功率開關(guān)管仿真模型理想變壓器變比
注:正激式和反激式電路中隔離變壓器變比為1∶n
buck-boost及反激式轉(zhuǎn)換器電路的仿真模型中有兩個(gè)理想變壓器,均由d控制。
以圖3(a)所示反激式轉(zhuǎn)換器為例,其主電路仿真模型如圖3(b)所示。在圖3(a)中,lp為變壓器初級(jí)繞組電感;變壓器變比為1:n。反激式轉(zhuǎn)換器實(shí)際上就是雙繞組buck-bccst轉(zhuǎn)換器,因此圖3(b)中的仿真模型符號(hào)包括pwmbck和pwmbst兩個(gè)受j控制的理想變壓器,變比分別為1:d及d':n。結(jié)合表可知,當(dāng)n=1時(shí),圖3(b)即為buck boost電路的仿真模型符號(hào)。當(dāng)沒有pwmbst時(shí)即為buck電路的仿真模型符號(hào),而沒有pwmbck時(shí)(且n=1)即為boost電路的仿真模型符號(hào)。
pwmbck的仿真等效電路子電路與圖2相同。而pwmbst的仿真等效子電路還要考慮d'=1-d是如何產(chǎn)生的,故與圖2的電路形式不同。圖4所示為pwmbst仿真模型等效子電路。
圖3 反激式轉(zhuǎn)換器及其spice仿真模型
圖4 pwmbst仿真模型等效子電路
圖4中,r1=0.01ω為輸人電阻。電壓源e1和電流源g2,分別為
節(jié)點(diǎn)⑤的電壓u5=urd代表導(dǎo)通比d。節(jié)點(diǎn)⑧的電壓u8=1-d=d',它由ud1=ed1=-d兩個(gè)電壓源串聯(lián)而成,因此urd1即為導(dǎo)通比d'。圖中rd=rd1=1mω
以上所述的仿真模型都是按連續(xù)導(dǎo)電模式建立的,對(duì)于不連續(xù)導(dǎo)電模式(lcm),開關(guān)轉(zhuǎn)換器功率開關(guān)管的spice仿真模型可以參閱proceedings of powercon 8.1981。
對(duì)于pwmbck和pwmbst兩個(gè)等效子電路可以分別編制spice仿真子程序。
對(duì)于圖2,pwmbck子電路仿真子程序如下:
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