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功率半导体开关管的SPICE仿真模型

发布时间:2008/10/10 0:00:00 访问次数:1502

  为了介绍方便,以正激式开关转换器为例进行说明。假设隔离变压器的变比为1∶n。只讨论连续导电模式。这时晶体开关管(及隔离变压器)的仿真符号如图1所示,它是一个由导通比d控制的理想变压器,其变比为1:dn,等效子电路的仿真模型如图2所示。

  在图1中,g1表示电流源,e2表示电压源

  导通比d用电阻rd上的电压urd表示,见图2中的节点⑤。

 
 图1 正激式转换器开关管的仿真符号   图2正激式转换器开关管的等效子电路仿真模型

由式(14-36)及式(14-37)可知,g1和e2为非线性受控源,包括二阶项dl2或du1,用xa表示d,xb、xc分别表示i2、u1。可以用下面的多项式表示非线性受控源

  如果用电阻ro上的电压uro表示xb,则xb=uro,假设xb=d,则p4=n/r。

  如果用y表示电压源e2,则xa=d,xb=u1,p4=n。式(14-40)可以在子程序内规定,用描述语言表示为:

  例如,g1 1 2 (2) 6 3 5 0 0000 100.0

  表示受控电流源g1,节点号n+=1,n-=2,该受控源是二维的。控制变量节点号:nc1+=6,nci-=3(即第一个受控变量为uro),nc2+=5,nc2-=0(第二个控制变量为d),p0=p1=p2=p3=0,p4=100表示n/r。=100。

  图1及图2为正激式开关转换器电路中功率开关管(及隔离变压器)的仿真模型(符号及子电路)。对于各种类型的开关转换器,功率开关管仿真模型中的理想变压器变比见表


  表 开关转换器功率开关管仿真模型理想变压器变比
  注:正激式和反激式电路中隔离变压器变比为1∶n

  buck-boost及反激式转换器电路的仿真模型中有两个理想变压器,均由d控制。

  以图3(a)所示反激式转换器为例,其主电路仿真模型如图3(b)所示。在图3(a)中,lp为变压器初级绕组电感;变压器变比为1:n。反激式转换器实际上就是双绕组buck-bccst转换器,因此图3(b)中的仿真模型符号包括pwmbck和pwmbst两个受j控制的理想变压器,变比分别为1:d及d':n。结合表可知,当n=1时,图3(b)即为buck boost电路的仿真模型符号。当没有pwmbst时即为buck电路的仿真模型符号,而没有pwmbck时(且n=1)即为boost电路的仿真模型符号。

  pwmbck的仿真等效电路子电路与图2相同。而pwmbst的仿真等效子电路还要考虑d'=1-d是如何产生的,故与图2的电路形式不同。图4所示为pwmbst仿真模型等效子电路。


图3 反激式转换器及其spice仿真模型

图4 pwmbst仿真模型等效子电路

  图4中,r1=0.01ω为输人电阻。电压源e1和电流源g2,分别为

  节点⑤的电压u5=urd代表导通比d。节点⑧的电压u8=1-d=d',它由ud1=ed1=-d两个电压源串联而成,因此urd1即为导通比d'。图中rd=rd1=1mω

  以上所述的仿真模型都是按连续导电模式建立的,对于不连续导电模式(lcm),开关转换器功率开关管的spice仿真模型可以参阅proceedings of powercon 8.1981。

  对于pwmbck和pwmbst两个等效子电路可以分别编制spice仿真子程序。

  对于图2,pwmbck子电路仿真子程序如下:

欢迎转载,信息来源维库电子市场网(www.dzsc.com)



  为了介绍方便,以正激式开关转换器为例进行说明。假设隔离变压器的变比为1∶n。只讨论连续导电模式。这时晶体开关管(及隔离变压器)的仿真符号如图1所示,它是一个由导通比d控制的理想变压器,其变比为1:dn,等效子电路的仿真模型如图2所示。

  在图1中,g1表示电流源,e2表示电压源

  导通比d用电阻rd上的电压urd表示,见图2中的节点⑤。

 
 图1 正激式转换器开关管的仿真符号   图2正激式转换器开关管的等效子电路仿真模型

由式(14-36)及式(14-37)可知,g1和e2为非线性受控源,包括二阶项dl2或du1,用xa表示d,xb、xc分别表示i2、u1。可以用下面的多项式表示非线性受控源

  如果用电阻ro上的电压uro表示xb,则xb=uro,假设xb=d,则p4=n/r。

  如果用y表示电压源e2,则xa=d,xb=u1,p4=n。式(14-40)可以在子程序内规定,用描述语言表示为:

  例如,g1 1 2 (2) 6 3 5 0 0000 100.0

  表示受控电流源g1,节点号n+=1,n-=2,该受控源是二维的。控制变量节点号:nc1+=6,nci-=3(即第一个受控变量为uro),nc2+=5,nc2-=0(第二个控制变量为d),p0=p1=p2=p3=0,p4=100表示n/r。=100。

  图1及图2为正激式开关转换器电路中功率开关管(及隔离变压器)的仿真模型(符号及子电路)。对于各种类型的开关转换器,功率开关管仿真模型中的理想变压器变比见表


  表 开关转换器功率开关管仿真模型理想变压器变比
  注:正激式和反激式电路中隔离变压器变比为1∶n

  buck-boost及反激式转换器电路的仿真模型中有两个理想变压器,均由d控制。

  以图3(a)所示反激式转换器为例,其主电路仿真模型如图3(b)所示。在图3(a)中,lp为变压器初级绕组电感;变压器变比为1:n。反激式转换器实际上就是双绕组buck-bccst转换器,因此图3(b)中的仿真模型符号包括pwmbck和pwmbst两个受j控制的理想变压器,变比分别为1:d及d':n。结合表可知,当n=1时,图3(b)即为buck boost电路的仿真模型符号。当没有pwmbst时即为buck电路的仿真模型符号,而没有pwmbck时(且n=1)即为boost电路的仿真模型符号。

  pwmbck的仿真等效电路子电路与图2相同。而pwmbst的仿真等效子电路还要考虑d'=1-d是如何产生的,故与图2的电路形式不同。图4所示为pwmbst仿真模型等效子电路。


图3 反激式转换器及其spice仿真模型

图4 pwmbst仿真模型等效子电路

  图4中,r1=0.01ω为输人电阻。电压源e1和电流源g2,分别为

  节点⑤的电压u5=urd代表导通比d。节点⑧的电压u8=1-d=d',它由ud1=ed1=-d两个电压源串联而成,因此urd1即为导通比d'。图中rd=rd1=1mω

  以上所述的仿真模型都是按连续导电模式建立的,对于不连续导电模式(lcm),开关转换器功率开关管的spice仿真模型可以参阅proceedings of powercon 8.1981。

  对于pwmbck和pwmbst两个等效子电路可以分别编制spice仿真子程序。

  对于图2,pwmbck子电路仿真子程序如下:

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