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分立元器件:功率半导体开关管的SPICE仿真模型
来源:   时间: 2008-10-10 6:46:17    

  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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