开关电源的设计与仿真篇1
关键词aber;反激式开关电源;仿真
中图分类号tm359.4文献标识码a文章编号1673-9671-(2010)042-0020-01
开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向。目前,随着各种新科技不断涌现,新工艺被普遍采用,新产品层出不穷,开关电源正向小体积、高功率密度、高效率的方向发展,开关电源的保护电路日趋完善,开关电源的电磁兼容性设计及取得突破性进展,专用计算机软件的问世为开关电源的优化设计提供了便利条件。
Saber是美国analogy公司开发,现由Synopsys公司经营的系统仿真软件,被誉为全球最先进的系统仿真软件,也是唯一的多技术,多领域的系统仿真产品,现已成为混合信号、混合设计技术和验证工具的业界标准,可用于电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真,与其他由电路仿真软件相比,其具有更丰富的元件库和更精致的仿真描述能力,仿真真实性更好。
1反激式开关电源基本原理
反激式开关电源其拓扑结构如图1。
其电磁能量储存与转换关系如下
如图2(a)当开关管导通,原边绕组的电流ip将线形增加,磁芯内的磁感应强度将增大到工作峰值,这时可以把变压器看成一个电感,逐步储能的过程。
如图2(b)当开关管关断,初级电流降到零。副边整流二极管导通,感生电流将出现在复边。从而完成能量的传递。按功率恒定原则,副边绕组安匝值与原边安匝值相等。
2基于UC3842的反激式开关电源电路设计
由Buck-Boost推演并加隔离变压器后而得反激变换器原理线路。多数设计中采用了稳定性很好的双环路反馈(输出直流电压隔离取样反馈外回路和初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路)控制系统,就可以通过开关电源的pwm(脉冲宽度调制器)迅速调整脉冲占空比,从而在每一个周期内对前一个周期的输出电压和初级线圈充磁峰值电流进行有效调节,达到稳定输出电压的目的。这种反馈控制电路的最大特点是:在输入电压和负载电流变化较大时,具有更快的动态响应速度,自动限制负载电流,补偿电路简单。以UC3842为控制芯片设计一款50w反激式开关电源,其原理图如图3所示。
2.1高频变压器设计
1)原边匝数
因为作用电压是一个方波,一个导通周期的伏秒值与原边匝数关系如式(1)
np=(1)
式中np――原边匝数;
Vp――原边所加直流电压(V);
ton――导通时间(us);
Bac――交变工作磁密(mt);
ae――磁心有效面积(mm2)。
2)副边绕组
由原边绕组每匝伏数=母线电压/原边匝数可得
副边绕组匝数=(输出电压+整流二极管压降+绕组压降)/原边绕组每匝伏数
3)气隙
实用方法:插入一个常用气隙,例如0.5mm,使电源工作起来在原边串入电流探头。注意电流波形的斜率,并调整气隙达到所要求的斜率。
也可用式(2)计算气隙。
lg=(2)
式中lg――气隙长度(mm);
u0――4n×107;
np――原边匝数;
Lp――原边电感;
ae――磁心面积(mm2)。
2.2反馈环节
图3中反馈环节由光耦pC817和tL431组成,适用于电流控制模式。输出电压精度1%。电压反馈信号经分压网络引入tL431的Ref段,装换为电流反馈信号,经过光耦隔离后输入UC3842的控制段。
tL431是由美国德州仪器生产的2.5V-36V可调式精密并联稳压器。内有参考电压2.5V,它与参考端一起控制内部的比较放大器。在输出阴极和参考端可加反馈网络,影响整个开关电源的动态品质特性。
2.3控制芯片电路
UC3842由4脚外接RC生成稳定的振荡波形,振荡频率=1.8/R12×C15。6脚输出驱动脉冲,驱动moSFet在导通和截至之间工作。8脚提供一个稳定的5V基准源。
3Saber电路仿真
利用Saber软件进行仿真分析主要有两种途径,一种是基于原理图进行仿真分析,另一种是基于网表进行仿真分析。基于原理图进行仿真分析的基本过程如下:
1)在SaberSketch中完成原理图录入工作;
2)然后使用netlist命令为原理图产生相应的网表;
3)在使用simulate命令将原理图所对应的网表文件加载到仿真器中,同时在Sketch中启动SaberGuide界面;
4)在SaberGuide界面下设置所需要的仿真分析环境,并启动仿真;
5)仿真结束以后利用CosmosScope工具对仿真结果进行分析处理。
在这种方法中,需要使用SaberSketch和CosmosScope两个工具,但从原理图开始,比较直观。所以,多数Saber的使用者都采用这种方法进行仿真分析。但它有一个不好的地方就是仿真分析设置和结果观察在两个工具中进行,在需要反复修改测试的情况下,需要在两个窗口间来回切换,比较麻烦。
4系统仿真及实测
在SaberSketch中完成原理图。并进行DC/aC分析。
如图4(a)为开关电源在220V交流输入时的moSFet驱动电压波形仿真结果(b)为实测样机moSFet驱动电压波形。作为专业级开关电源仿真软件,Saber在控制环路设计上,能够真实且直观的检验设计的稳定性。
如图5(a)为开关电源电流采样电阻上的电压波形的仿真结果(b)为实测波形。涉及开关电源部分器件选型的重要参数也同样可以通过仿真波形得到,例如开关器件moSFet额定工作时通态最大电流等参数,同样可以从仿真波形中得出。
5结束语
在电路设计初期,借用Saber的电路级仿真可以很直观的对开关电源电路设计进行的评估,并在控制环路的设计上会有很大的帮助。在完成样机的初步测试后,同样可以借助仿真对电路功能进行校验。该电路广泛应用于小功率场合,具有体积小,成本低,结构简单等优点。
(a)仿真(b)实测
图4moSFet驱动电压波形
(a)仿真(b)实测
图5电流采样电阻电压波形
测试结果(图5b)为220V,50Hz交流输入时,实验样机测试波形。
参考文献
[1]沙占友.单片开关电源最新应用技术,2006.
[2]王建秋,刘文生.Saber仿真在移向全桥软开关电源研发中的应用,2009.
[3]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计,2000.
[4]Saber.仿真中文教程.
[5]张煜.基于Saber的BoostapFC仿真分析及DSp实现.2009.
开关电源的设计与仿真篇2
关键词：Saber；反激式开关电源；仿真
1.基于UC3844反激式多路输出开关电源的设计
1.1控制电路设计
整个电路采用电流电压双闭环控制，当光耦中电流增大时，其电压会减少，即输入到1脚的电压减少，从而使得6脚的pwm脉冲占空比也减少。这样，输出电压便会降低；反之，当光耦电流变小时，1脚电压变小，从而6脚输出占空比变大。这样，输出电压便升高。
1.3.1UC3844电路计算
1.启动电阻计算
7脚是其电源端，芯片工作的开启电压为16V，欠压锁定电压为10V，上限为34V，这里设定20V给它供电，用稳压二极管稳压（20V，型号为20B3），同时并联电解电容（10μ/50V）滤波，其值为10μF。开始时由原边主电路向其供电，电路正常工作以后由副边供电。原边主电路向其供电时需加限流电阻，为了防止输出电压不稳定时较高的电压直接灌入稳压二极管导致其过压烧坏，在输出端给UC3844供电的线路与稳压管相连接处串入一只二极管。
二极管、moSFet和控制芯片采用Saber中相应的宏模型，然后将上述各个无器件模型和耦合参数组合起来。在原理图编辑器绘制出仿真模型后，需要对电路模型进行直流分析找到直流工作点，在此基础上进行时域的瞬态仿真分析。由于仿真电路中元器件比较多，特别是非线性原件的缘故，在进行瞬态仿真分析时要调整各个仿真参数以便使仿真能够收敛，仿真的时间选择10-20个周期为好，截断误差选择0.1倍的周期。在瞬态仿真完成后在SaberScope中观测所需要的波形。
开关管的漏源电压波形，从图中可以看出电路工作在断续模式，电压尖峰很小，但有一定的过冲，保证了响应速度，说明缓冲电路的设计是合理的；电流断续，当变压器原边电压在理论上降为零时，实际情况是发生振荡，其原因是变压器释放完了所有能量，开关管的漏源电压从较高的值下降到等于输入电压的值的电平上，这一转变激发了谐振回路，它由杂散电容和原边电感构成，从而产生了一个衰减的振荡波形，并持续到开关管再次导通为止。
4.结束语
在电路设计初期，借用saber电路级仿真可以很直观的对开关电源电路设计进行的评估，并在控制环路的设计上会有很大的帮助。在完成样机的初步测试后。同样可以借助仿真对电路功能进行校验。该电路广泛应用于小功率场仑.具有体积小，成本低，结构简单等优点.
参考文献
1刘胜利.高频开关电源实用新技术，北京，机械工业出版社，2005
2周志敏，周纪海，纪爱华.开关电源实用技术.北京：人民邮电出版社，2007
3丁道宏.国内外开关电源的技术与市场，《中国电源学会通讯》，1999
开关电源的设计与仿真篇3
关键词:智能电网;云计算仿真网络平台关键技术;智能云计算仿真平台
中图分类号：U665.12文献标识码：a文章编号：
0引言
随着计算机通信网络技术、虚拟云平台应用技术、云计算仿真网络平台关键技术、物联网关键技术及多层无线传感器网络技术在电力系统现有的硬件设施和计算能力已难以适应未来电力系统在线分析和实时控制所要求的计算能力和存储要求.基于云计算仿真网络平台关键技术具有分布式的计算和存储特性,易扩展和管理,特别适合解决智能电网技术带来的一系列新问题,引入新的计算技术,在维持现有硬件设施不变的情况下,充分整合系统内部的计算能力和存储资源,提高电网的在线分析和实时控制能力,为智能电网提供有效的技术支撑.为了促进低碳、高效、清洁电力工业的发展,再造电网的信息回路,构建新型的用户反馈方式,提高电网的效率,降低运营成本,实现电网价值的最大化,世界各国纷纷将目光投向智能电网技术领域.
1基于云计算仿真网络平台关键技术国内现状分析
随着智能物流行业整体信息化水平的不断提升和市场竞争的同益激烈,作为物流重要枢纽的港口企业,需要构建高效灵活的it系统,快速应对市场需求变化,确保在竞争中的优势地位。港口行业中存在着大量的中小型企业,如何提高他们的it水平,是一直以来难以解决的难题。同时大型港口企业维护着庞大的it基础设施,其维护成本只益增加。庞大的it投入使得大型企业在采用新技术和企业创新等方面受到了限制。随着云计算仿真网络平台关键技术的迅速发展,凭借自身的优势,云计算仿真网络平台关键技术可以帮助港口企业以最少的it投入,获得高性能的it服务,有利于中小港口企业获得大企业级别的it服务。基于云计算仿真网络平台关键技术应用一种全新的商业商品研发模式,已影响着整个软件工程技术产业。将云计算仿真网络平台关键技术结合到各个行业的业务应用中,从而将过去多年来积累的业务知识整合到云计算仿真网络平台关键技术架构体系上,将体现出更深层次的价值。
2基于智能云计算仿真网络平台关键技术描述研究
2.1基于智能云计算仿真网络平台定义
基于智能云计算仿真网络平台是指在智能技术基础上,运用云计算仿真网络平台关键技术、云计算仿真网络平台网络存储等技术对现有应用进行升级为数字智能化云设备,它拥有海量存储、远程控制等众多应用优势,并能实现软件更新和内容的无限扩充.各个电力企业通过“数字智能云计算仿真网络平台”来控制后台数据和软件平台,包括基础操作平台和应用操作系统,多层用户不需要为自家的技术进行任何升级、维护、资源下载,只需将技术连上网络,就可即时实现最新应用和海量资源的共享.
2.2基于数字智能云计算仿真网络平台资源管理研究
在智能云计算仿真网络平台关键技术环境中,资源负载在不同时间差别可能很大,而智能电网应用服务数量的巨大导致出现故障的概率也随之增长,资源状态总是处于不断变化中.此外,若采用集中式的体系结构,即在整个智能云环境中只设置一个资源管理系统,那么很容易造成瓶颈并导致单故障点,从而使得整个环境在可伸缩性、可靠性和灵活性方面都存在一定的问题,对于大规模的智能云计算仿真网络平台关键技术环境并不适合.因此,由于资源的所有权也是分布的,各级电网都拥有一定的计算资源和储存资源,不同的资源提供者可以按其各自的需要对资源施加不同的约束,从而导致整个环境很难采用统一的管理策略.
2.3基于云计算仿真网络平台结构与构建研究
智能云计算仿真网络平台关键技术环境可以分为三个基本层次：物理资源层、平台层和应用层.物理资源层包括各种计算资源和存储资源,整个物理资源层也可以作为一种服务向用户提供,即iaaS.iaaS向用户提供的不仅包括虚拟化的计算资源、存储,同时还要保证用户访问时的网络带宽等[5].平台层是智能云计算仿真网络平台关键技术环境中最关键的一层.作为连接上层应用和下层资源的纽带,其功能是屏蔽物理资源层中各种分布资源的异质特性并对它们进行有效管理,以向应用层提供一致、透明的接口.
作为整个智能云计算仿真网络平台关键技术系统的核心层,平台层主要包括智能电网高级应用和实时控制程序设计和开发环境、海量数据的存储管理系统、海量数据的文件系统以及实现智能云计算仿真网络平台关键技术的其他系统管理工具,如智能云计算仿真网络平台关键技术的系统中资源的部署、分配、监控管理、安全管理、分布式并发控制等.平台层主要为应用程序开发者设计,开发者不用担心应用运行时所需要的资源,平台层提供应用程序运行及维护所需要的一切平台资源,也称之为paaS.
2.4基于智能数字云计算仿真网络平台安全策略应用研究
基于智能云计算仿真网络平台关键技术环境中的资源是可共享的,同时可能有多个用户或应用需要请求这些资源提供的服务.域内进行的种种与安全相关的活动,如使用用户名/口令向操作系统登录,或使用SSH执行远程作业等,就是其安全策略的具体体现.此外,该策略需要进行安全评估的场所也过多,很难防止出现安全漏洞,最终导致智能云中共享资源自身的安全性很难得到保证.由于引入了资源管理域,因而智能云计算仿真网络平台关键技术环境由多个资源管理域组成.由于这些应用创建的目的通常各不相同,因此也具有不同的安全需求,从而要求提供不同的安全策略来实现这些需求.传统的安全策略通常全部需由资源提供方来实施,每当发生变更时都要与相关的每个资源提供者交互以通知其发生的变化,这势必会导致管理开销过大,极大地加重资源提供方的负担.
3结束语
随着云计算仿真网络平台关键技术是分布式计算、并行处理和网格计算的互联网的计算,是能够向各种网络应用提供云平台硬件与软件服务、基础架构服务、存储服务的系统.因此,将云计算仿真网络平台关键技术技术引入智能电网领域以提高其适用性和利用率极其重要的研究价值.
参考文献
[1]潘睿,刘俊勇,郭晓鸣,电力系统云计算仿真网络平台关键技术初探,四川电力技术,2010,33(3)：pp.71-76
[2]李琪林,周明天,智能电网关键技术研究,计算机科学,2010,37(8),pp.102-104
开关电源的设计与仿真篇4
关键词：组合逻辑；multisim；仿真
1引
组合逻辑电路其特点是功能上无记忆，结构上无反馈，即电路在任意时刻的输出状态只取决于该时刻各输入状态的组合，而与电路的原状态无关。本文通过实例介绍组合逻辑电路的设计方法，并通过电子设计自动化eDa(electronicDesignautomation)进行仿真分析，使组合逻辑电路的设计变得更方便，更实用。
2组合逻辑电路的设计步骤
1)根据给定题目的逻辑要求列出真值表
2)化简得出最简的逻辑函数表达式
3)选择（已给定）器件实现其逻辑函数，画出逻辑图
在工程上为了使电路结构简单和使用元器件少，往往要求逻辑表达式尽可能简化。一般来说在保证速度、稳定、可靠的逻辑正确的情况下，尽可能使用最少的器件，降低成本是逻辑设计者的任务。
3组合逻辑电路的设计举例
3.1问题提出
现有a、B、C三个举重裁判对运动员成绩进行判决（a为主裁判）当两个以上裁判（必须含有主裁判）认可时，运动员成绩有效。试设计实现这样一个举重裁判裁决电路。
3.2设计过程
1）分析设计要求，列出真值表。设a、B、C三个裁判对运动员成绩进行判决，同意用1表示，不同意用0表示，Y为表决结果，同意用1表示，不同意用0表示，同时还应考虑a为主裁，具有否决权。
输入输出aBCY00000010010001101000101111011111
2）由真值表写出逻辑表达式
3)由卡诺图化简后，变换为与非表达式 4)根据输出逻辑函数画逻辑图。
4组合逻辑电路的仿真测试
4.1用multisim软件仿真
multisim软件是一种电路设计与仿真软件。它可以对模拟、数字和混合电路进行电路性能仿真和分析。
1)采用直观的图形界面创建电路，在计算机屏幕上模拟仿真实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件。
2)提供了庞大的元件数据库。multisim有16000多种元件、模型，包括有实际元件和虚拟元件。
3)强大的虚拟仪器功能。为用户提供多种面板与实际仪器相似的虚拟测仪器，在平台上可随时调用进行电路测试、分析。
4.2测试电路创建
1)在元器件库中单击电源Sources，列表中选中VCC和GnD，单击oK按钮，取出电源5V。
2)其他元器件依次类推，可参照以下说明使用。
*U1a、U1B、U1C与非门在ttL74LS中选择74LS00n。
*J1、J2、J3单刀双掷开关在BasicSwitCH中选择SpDt_SB。
*Y指示灯在indicators中选择pRoBe_DiG_ReD。
4.2仿真测试
将三个单刀双掷开关做如下设置：J1中Key=a、J2中Key=B、J3中Key=C。启动multisim的仿真开关后，J1中Key=a接到电源5V上，J2中Key=B接到电源5V上，J3中Key=C接到GnD上，这时指示灯Y发光，就可以实现三人表决电路中a（为主裁）和B两个裁判判决运动员成绩有效的情况之一（其他情况可以通过设置实现）。
5结语
通过组合逻辑电路的设计和multisim软件的应用，可使学生初步掌握仿真软件技术，内容可以紧密联系课本知识，能全面地概括和反映所学的组合逻辑电路设计的知识点，将课堂内容具体化，又利用了计算机的优势，发挥其直观、动态模拟的优势。
参考文献：
[1]王廷才，李怀刚.电子技术实训[m].北京：高等教育出版社，2008.05.
开关电源的设计与仿真篇5
关键词：计算机仿真技术级联全桥逆变器Saber软件
中图分类号：tm912文献标识码：a文章编号：1672-3791（2016）09（b）-0001-03
abstract：thepaperbasedonSabersimulationtechnology，bymeansofprincipleanalysis，computersimulationandprototypeexperiment，ahigh-efficiency，high-powerdensity，Lowharmoniccomponentcascadedinverter.Computersimulationtechnologyplayanimportantroleinschemesselection，parametersdesign，loopdesign，stabilityanalysisandotherlinks，reducesthedevelopmentperiodandthecostconsiderably.theprototypehashighsystemstabilityandReliability.aconclusionhasbeendrawnthatcomputersimulationtechnologywasnotonlybeneficialtotheoreticalstudyandteaching，butalsohasimportantsignificanceinengineeringpractices.
Keywords：Computersimulationtechnology；Cascaded；Full-bridgeinverter；Sabersimulationsoftware
S着计算机技术的飞速发展，计算机仿真技术在电力电子技术的研发中占有日益重要的地位。利用仿真软件，研发周期和成本大大缩减，仿真具有相当的精确性，在实际调试阶段仿真结果具有可观的可参考性。计算机仿真技术在国内的部分大型企业、高校、研究所已经引起了重视，然而中小企业的研发往往忽略仿真步骤，依靠经验来尝试并确定器件参数。目前主流仿真软件主要有以下几种，pSpiC较适合小功率场合，然而它在磁性元件的仿真上不尽如人意，运算速度较慢；matLaB兼容度很高，运行速度较快，控制系统运用较多，但matLaB中的器件多为理想模型，精确性较差，仿真结果与实际有较大不同；Saber器件库中包含大量主流实际器件型号，并且根据用户要求可建立特殊的器件仿真模型，进行系统级的混合信号仿真，运算速度快，精确度高，仿真结果与实际情况接近。该文选择Saber软件对级联式全桥逆变电源的LC滤波器设计进行仿真分析。
1相移载波Spwm级联式全桥逆变器的工作原理
两级级联式全桥逆变电源的功率电路由两个单相全桥逆变器串联组成，如图1所示，它具有两个相互独立的直流输入电压e1、e2，桥臂输出电压UaB经过LC低通滤波器后输出电压为正弦交流电。级联式全桥逆变器的控制电路中，包含电压电流双闭环控制，各个H桥都采用单极性倍频Spwm控制，H桥之间采用相移载波Spwm控制方式，开关管控制规律如表1所示。
2SaBeR仿真
在对系统进行仿真之前，首先要利用SaberSketch建立正确的仿真模型，在partsGallery中根据分类寻找需要的器件，正确连接各器件，最后在porpertyediotr对话框中定义各个器件的参数。搭建仿真模型完成后，要对仿真模型进行直流分析（DCanalysis），找出电路的DC工作点，之后可进行瞬态分析（transientanalysis）、小信号频响分析（Small-SignalFrequencyanalysis）等。仿真结果波形用SaberScope查看，且可对波形进行计算和测量。
2.1仿真系统的构成
仿真模型遵循实际电路的结构，由功率电路及控制电路组成，仿真模型的功率电路如图2所示。
2.2仿真结果及分析
仿真参数：输入电压e1=e2=90VDC，开关频率f=20kHz，基波频率f0=400Hz，输出滤波电容为6.8μF，电感为60μH，图3为仿真波形。
3实验结果
原理样机的参数与仿真一致，两级级联式逆变器工作在额定电压、额定功率下的实验波形。图4为原理样机的实验波形。（1）总桥臂输出电压UaB；（2）电感电流；（3）驱动波形；（4）滤波后的输出电压。
表2给出了样机在满载工况下的实验数据。基于计算机仿真技术辅助设计开发的该级联式逆变电源具有较好的外特性，具有高效率，且重量仅800g，具有高功率密度，tHD=0.7%。
4结语
在该文所提及的两级级联式样机研发过程中，计算机仿真技术起到至关重要的作用，在前期选择方案时，运用计算机仿真技术大大提高了效率和正确率；在中期设计各器件参数时，计算机仿真结果具有重要的参考价值。基于理论分析计算与计算机仿真技术，在实际调试过程中做了有限的修改就得到了理想的效果。通过计算机仿真与实验调试的合理结合，研发了一款具有高效率、高功率密度的级联式逆变电源，计算机仿真技术不仅适用于理论研究和教学，在工程实践中也具有非凡的意义。
参考文献
[1]王雪钰，陈轶涵，邓翔，等.高功率密度1kVa航空静止变流器[J].南京航空航天大学学报，2014，46（1）：137-143.
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[3]王兆安，刘进军.电力电子技术[m].5版.北京：机械工业出版社，2009.
开关电源的设计与仿真篇6
关键词：开关电源；过压保护；过流保护；m51995a电源芯片
中图分类号：tm13文献标识码：a文章编号：2095-1302（2016）11-0-02
0引言
随着时代的前进与社会的发展，开关电源已逐渐代替传统的铁心变压器电源。开关电源的集成化与小型化正逐步成为发展趋势[1-3]，开关电源更是在计算机、通信、电器等领域得到广泛应用[4]。但开关电源系统若无性能良好的保护电路便很容易导致仪器寿命的缩短甚至使仪器受到损坏。由此可见，为了能够让开关电源在恶劣环境以及突发故障的情况下安全稳定的工作，保护电路的设计就显得尤为重要。开关电源的基本结构框图如图1所示。
1m51935aFp开关稳压芯片简介
m51995a是一款开关电源初级pwm控制芯片，专为aC/DC变换设计，芯片功能如表1所列。它主要包括振荡器、pwm比较、反馈电压检测变换、pwm锁存、过压锁存、欠压锁存、断续工作电路、断续方式和振荡控制电路、驱动输出及内部基准电压等。
m51995a既具有快速输出和高频振荡能力，又具有快速响应的电流限制功能[5]。此外，过流时采用断续方式工作可以有效保护二次电路。该芯片的主要特征如下：
（1）工作频率低于500kHz；
（2）输出电流能够达到±2a；
（3）输出上升时间为60s，下降时间为40s；
（4）起动电流比较小，典型值为90a；
（5）起动电压为16V，关闭电压为10V；
（6）起动电压和关闭电压的压差大；
（7）过流保护采用断续方式工作；
（7）用脉冲方法快速限制电流；
（8）欠压、过压锁存电路。
3实验仿真分析
为进一步验证所设计的开关电源保护电路的工作性能，我们采用计算机仿真软件multiSim对所设计的保护电路做了软件仿真测试。当电源输出电压为60Hz正弦波、有效值为24V时，电源保护电路的光耦控制oVp端的信号输出状态如图4所示。
图4中的仿真结果表明，输出电压信号变化控制光耦的导通，从而控制了光耦oVp端的电压输出，当电源输出电压在0V-24V期间时，光耦输入端没有电压信号不导通，oVp端电压为0，电路处于保护工作状态；电压在0+24V期间时，光耦输入端有电压信号作用而导通，oVp端电压为+5V，电路处于正常工作状态。当输出电压过高时，oVp端电压为0，电路处于保护工作状态。40V电压信号的状态图如图5所示。
实验仿真结果表明，当电源输出电压范围为0+24V时，开关电源电路正常工作；当电压为负电压时，光耦中的二极管反向截止，oVp端电压为0，开关电源的保护电路工作，电源输出为0；当输出电压高于+24V时，oVp端电压为0，开关电源进入保护电路工作状态，电源输出0。
4结语
本文基于m51995a电源芯片设计了开关电源的过压和过流保护电路，通过计算机仿真结果表明，该电路设计合理，工作稳定，电路设计可以有效降低电路的复杂程度和成本，能对开关电源电路进行有效保护，从而使电源运行安全可靠，设计完全能满足系统性能的指标要求。
参考文献
[1]欧浩源，丁志勇.电流控制型脉宽调制器UC3842在开关电源中的应用[J].今日电子，2008（C00）：88-89.
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[3]关振源，张敏.基于电流型pwm控制器的隔离单端反激式开关电源[J].电子元器件应用，2005（2）：21-23.
开关电源的设计与仿真篇7
【关键词】multisim；单片机；电路；虚拟仪器；仿真
单片机因其使用灵活、体积小、重量轻和价格低廉等因素，仍然被广泛应用，从事单片机开发的工程师，经常要对其所设计单片机程序及其电路进行实物模拟和调试，非常不便，开发效率相对不高。随着eDa（electronicDesignautomation）技术的飞速发展，采用仿真软件完成单片机系统的开发已经成为开发设计人员一种必不可少的手段。
multisim是美国国家仪器（ni）有限公司推出的以windows为基础的仿真工具，适用于模拟、数字电路和mCU（microControllerUnit）的设计工作，具有丰富的仿真分析能力。
1.multisim软件简介
multisim具有较为详细的电路分析手段，也拥有强大的mCU模块，支持单片机及其设备的仿真，所建项目支持C代码、汇编代码，包含断点设置、查看和编辑内部Ram、特殊功能寄存器等高级调试功能。同时强大的数字仪器和数字分析环境，给用户提供了一个操作便捷、使用方便、效果突出的仿真平台。
使用multisim可交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。通过multisim和虚拟器技术，使用者可以完成从理论到原理图捕获与仿真，再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程，multisim软件使模拟电路、数字电路、mCU设计及仿真更为方便，并且广泛的被广大设计和开发人员使用。
2.用multisim软件进行设计仿真
下面将以图1为例，介绍如何用multisim软件进行单片机辅助开发，并以此说明采用multisim仿真的基本应用方法。图1设计是采用单片机”8051”模块的p1.0脚输出1Khz的频率控制信号，通过三极管2n222a驱动BUZZeR振动发声，同时通过采用示波器观看p1.0脚输出的频率和我们设计的要求是否一致。本文采用的软件版本为multisim11。
2.1组建仿真电路，调出单片机模块“8051”
（1）运行multisiml1，选择菜单fileànewàdesign，单击基本界面元件工具条上“placemCU”按钮，在弹出“SelectaComp-onent”对话框的“Family”栏中先选取“8051”模块，其他可以选择默认值，单击“oK”按钮，如图2所示。
（2）鼠标箭头将带出一个“8051”模块，在电子平台上单击鼠标，将弹出的工作区路径设定好，并将工作区命好名。单击next，弹出对话框如图3所示，第一栏项目类型，可以在“Standard（标准）”和“externalHexFile（加载外部Hex文件）”之间选择，这里选取“Standard（标准）”；第二栏选择编程语言种类，可在“assembly（汇编）”和“C”语言之间选择，这里选取“assembly（汇编）”，则第三栏自动显示“8051/8052metalinkassembler”；若选取“C”语言，则第三栏自动显示“Hi-techC51-Litecompiler”字样；第四栏为需要输入的项目名称，这里将项目命名为“8051buzzer”。
（3）单击下方的“next”按钮，弹出对话框，有两个单选项：“Createemptyproject（创建空项目）”和“addsourcefile（添加源文件）”，这里选取“addsourcefile（添加源文件）”，下面栏中可以输入后缀为“.asm”的源文件名，这里采用默认的“main.asm”，最后单击下方的“Finish”按钮退出。
（4）单击主菜单“FileàSave”，保存文件名“8051buzzer”，选择好相关路径，注意默认文件名后缀为“ms11”。
（5）在电子仿真软件multisim基本界面电子平台上，单击主菜单“View/Designtoolbox”，我们可以看到刚刚创建项目“8051buzzer”的相关文件信息，至此，我们调出了单片机“8051”模块并完成了相关设置。
2.2编写mCU源程序
（1）双击“Designtoolbox”中的源文件“main.asm”，在其右侧将打开编写源程序窗口，第一行的“$moD51”后面绿色字母句子是它的注释，包含51寄存器和端口的预定义文件。
（2）在源程序窗口中输入以下控制源程序。
（3）单击主菜单“mCUàmCU8051U1àBuild”，将所编程序“烧录”到8051模块中。如果程序语句逻辑格式没有错误，在程序下方打开的电子数据表视窗中可以看到汇编程序分析结果，显示没有错误和警告字样“assemblerresults：o-errors，o-warnings”；如果程序语句逻辑格式有错误，则程序分析结果显示有几个错误和几个警告字样，必须重新检查所编程序，找出错误修改好，否则不能进入下一步操作。
2.3调出其他仿真元件，搭建单片机仿真电路
在电子仿真软件multisiml1基本界面元件工具条中分别调出“VCC”+5V电源、地线、三极管2n2222a一只、3K电阻1只、BUZZeR一个，将它们置于电子平台上，从菜单“Simulateàinstruments”中选择虚拟仪器示波器，按照图1所示，连接好电子线路，将相关元件参数设置好，如将BUZZeR电压设为4V，也可更改其振动频率。
2.4执行仿真，查看结果
点击菜单“SimulatoràRun”，则可以听到BUZZeR按照我们设定的控制频率发出声响，同时可以在示波器中看到单片机p1.0脚输出的控制信号频率确实为我们所需要的，证实单片机程序正确，图4为示波器观察结果。
2.5用仿真调试工具帮助调试单片机程序
单击主菜单“mCUàmCU8051U1àDebugView”，将打开调试程序和排除故障窗口；单击主菜单“mCUàmCU8051U1àmemoryView”，将打开mCU存储器窗口，在该窗口下可以看到特殊函数寄存器（SFR），内部Ram（1Ram），还有内部Rom（iRom）和外部Ram（XRam）等。借助于以上这些仿真调试工具和mCU的存储器，可以对程序进行诸如设置断点、修改程序、观察地址值、堆栈情况、进入子函数、跳过指令等操作，从而达到验证、调整、修改、完善仿真程序的目的。
3.结束语
通过以上介绍，我们可以看到采用multisim软件进行单片机程序仿真分析，非常简单方便，通过调试等功能能够帮助我们查找和修改程序，使之满足我们设计要求。特别是我们可以结合其他外设和元件，对单片机整个设计系统进行仿真，并能通过如示波器等仪器，查看到相关结果，验证我们的整体设计。总而言之，采用multisim软件进行仿真分析，能够很好的帮助我们快速完成单片机系统开发，提高研发效率，提高分析解决实际问题的能力，无需借助实验室的仪器设备，就基本能够完成我们的开发设计。
参考文献
[1]胡启明，程刚.51单片机应用开发从入门到精通[m].人民邮电出版社，2012，2.
[2]王冠华.multisim11电路设计及应用[m].国防工业出版社，2010，10.
开关电源的设计与仿真篇8
[关键词]ewB电路仿真eDa放大电路
一、ewB(虚拟电子实验室)介绍
ewB与其它电路仿真软件相比较,ewB具有界面直观、操作方便、采用图形方式创建电路等优点,构造电路、调用元器件和测试仪器等都可以直接从窗口图形中调出,可以对电子元器件进行一定程度的非线性仿真,不仅测试仪器的图形与实物相似,而且测试结果与实际调试基本相似。使用虚拟测试仪器对电路进行仿真实验如同置身于实验室使用真实仪器测试电路,既解决了购买大量元器件和高档仪器的难处,又避免了仪器损坏等不利因素。同时在该软件下调试所得结果电路可以和protel等印制电路设计软件共享,生成印制电路,自动排出印制电路版。而且该软件直观的电路图和仿真分析结果的显示形式非常适合于电子类课程课堂和实验教学环节,是一种非常好的电子技术实训工具。可以帮助学生更好地掌握课堂教学内容,加深对概念、原理的理解,通过电路仿真,进一步培养学生的综合分析、开发设计和创新能力。
启动ewB,出现如图1所示的标准工作界面。该界面主要由元器件栏、电路工作区、仿真电源开关和电路描述区等几部分组成。
元器件栏相当于实验室的工作架。在其中存放了各种元器件和测试仪器。各种元器件存放在不同的元器件库中。电路工作区是工作界面的中心区域,就象实验室的工作台,可以利用元器件栏中的元器件和仪器移到工作区进行搭接设计电路。连接电路并接好测试仪器后,单击右上角的仿真电源开关,ewB便开始对电路进行仿真和测试。打开测试仪器,可观察测试结果。仿真开关如同实验室的电源总开关。电路描述区是ewB系统给用户提供的一个文字区域,用户可在此对电路的功能的仿真结果进行说明。
二、综合实例仿真分析
本综合仿真分析实例来自苏州市劳动局制定的无线电调试工中级考工操作试题第四套。
功率放大器要求输出功率尽可能大;效率要高;非线性失真要小;BJt的散热问题。如图1所示的互补对称功率放大器。此图中产用了一个电源的互补对称原理电路,图中由3BG1组成前置放大级,3BG2和3BG3组成互补对称电路输出级。推挽式功放末级二个推挽管,当放大信号过零时,由于信号电流很小,受三极管存在截止区的影响,导致负载所得到的电压或电流出现一段“死区”,这种信号失真称为交越失真。减小交越失真的一作法是给二个推挽三极管以一定的静态电流,使二个推挽三极管工作在线性放大区,以减小交越失真。3C8和3R2组成“自举电路”,主要作用是提升正向输出的幅度。各元件的参数如图中所示。
1.静态工作点分析
2.考工要求主要调试项目
(1)调整中心电压Ua=Vc/2,实测值填入表中,在电源电压DC18V调整功放管静态工作电流i
(2)按图3接好万用表,打开电源开关。调整3R3电位器参数,使中点电压为9V。
(3)输入1KHz音频信号,用示波器观察输出信号波形临界出现削波时,测量负载两端的电压应为Uo>=4Vrms,计算最大不失真功率。
通过双击信号源面板调整输入信号源的幅值大小,可使输出波形达到最大不失真,测出最大不失真状态下的输出电压约为4.31V。则av=Uo/Ui=4.31V/380mV=11.34,最大不失真功率pmax=Uo*Uo/RL=1.17w
(4)调整输入信号使输出电压为2V,分别测出20Hz～5KHz的频响曲线。
按图6所示连接电路,双击信号源图标,修改信号源电压值至165mV处,使输出电压值正好等于2V(如图5),在波特图上设好最高频率5KHz和最低频率20Hz,打开波特图面板,观察频响曲线(图6)。
3.常见故障举例
3BG3三极管be极短路,造成输出波形上半部分出现截止失真。(如图7所示)
三、小结
通过对上述具体电路的仿真分析,我们可以发现ewB比起传统的对电路分析方法有很大的优点,可以直观地从图中观测到某二个量的关系,并且可以以曲线的方式输出。我们在电子线路、数字电路等的教学中可以使用ewB边讲边画,等一张电路图画完就可进行演示了,既生动又直观,易于学生理解与掌握。
开关电源的设计与仿真篇9
1电力仿真框架
电力安全培训的三维仿真系统要想真实地反映电气设备的外观结构和运行环境，就需要三维仿真系统能够展现规模庞大的现实虚拟场景，所以，在开发系统的逻辑控制程序时，就需要将三维仿真系统的整体架构分为电力仿真框架和通用三维仿真引擎两部分。在现实的操作过程中，操作人员是通过仪表设备操作控制电气设备的，而在三维仿真培训系统中，则是通过复杂的逻辑系统实现对其的控制，将现实中的电气设备和仪表转化为抽象的虚拟设备和操作逻辑。为了使各种动作状态在三维效果中显示得更加正确、合理，达到预定的视觉属性，往往需要重新组织节点名称和节点坐标。
2通用三维仿真引擎
通用三维仿真引擎的功能是达到图形渲染、交互控制和网络通信的目的。它是由资源管理、场景管理和动画系统三个子系统组成的。通用三维仿真引擎与逻辑操作无关，它主要是为了实现三维虚拟场景的重建和环境渲染。电力仿真系统与通用三维仿真引擎共同组成了一个完整的三维仿真培训系统。
二、系统实现的主要技术要求
1仿真对象和电气属性的同步
在三维虚拟环境下，为了保证虚拟对象和行为的一致性，往往需要借助事件、属性、对象的三位一体机制来实现。电气设备的虚拟设计是电力安全三维仿真培训系统的主要对象，除了颜色、缩放比例等常见的属性外，还需要对仿真对象的电气闭合状态和相关参数等重要的属性进行逻辑设计。当虚拟操作导致电气设备的闭合状态发生变化时，电气设备的相关属性就会发生变化，最终使得电气设备的参数发生变化。当信息传递到设备管理器时，就可以重新计算电网的参数来更新事件的状态。
2逻辑控制与复杂操作的对应关系
电力安全三维仿真培训系统的操作过程应当全面支持操作者的各种开放式操作行为。简单来讲，虚拟的操作逻辑应当及时地判断和反馈操作者的操作行为。开放式的操作控制逻辑与封闭式的操作控制逻辑相比，其应变能力和复杂程度都大幅提高了，在这种操作控制逻辑下，用户可以根据自己的操作习惯灵活操作，避免复杂的操作流程带来一定的操作压力。在错误的操作下，操作系统也会及时给予警告或提示，这样便可以更好地实现智能化培训的目的。
3大规模场景的情境渲染技术
由于电力安全培训的三维虚拟场景范围比较大，需要仿真对象根据培训人员的操作产生动态移动，这就要求在具体的逻辑设计中，不能把全部的仿真对象放置在同一个渲染列表中，以免影响操作过程控制。在实际设计中，可以将仿真对象分为可渲染对象和可移动对象两种。可渲染的仿真对象一般是指场景对象的模型数据，它只要求有显示的功能，而可移动仿真对象则需要能够在三维坐标中来回移动。当场景数量较大时，可以分别优化处理静态场景和动态场景。只更新动态场景的空间信息而忽略了静态场景的空间信息，不仅能够提高渲染速率，还可以有效地节约计算资源。
4三维交互模式的实现
三维交互模式的首要功能是当用户轻点三维场景中的某一个物体时，系统就可以快速地检测到该信息的传送情况，并快速反应，从而实现三维交互模式中的人机交互。三维物体是根据射线相交的原理实现的，当鼠标点击的位置发射一条平行于视线的射线与场景射线相交计算时，交点即该物体的位置标识。常用的三角形检测方式往往会占用较多的计算资源，影响定位速率。为了避免这种情况的发生，可以采取包围球体的检测方式与三角形检测方式混合使用的方法，提高检测速率。
三、三维仿真培训系统的应用
根据上面的整体架构设计和主要问题分析，可以初步实现包含场景编辑器、逻辑编辑器、地图编辑器在内的三维仿真培训系统。场景编辑器可以实现三维场景的构建功能，逻辑编辑器可以将复杂的逻辑语言转化为可视性的操作过程，实现虚拟设备的响应控制功能，而开发人员则可以通过地图编辑器实现三维场景的布置功能，并且可以及时查看编辑结果。
四、结论
开关电源的设计与仿真篇10
关键词：逆变器开关函数实时仿真
在交通和某些工业领域中的电力驱动系统的研制过程中，直接使用实际电机系统对新的控制器进行测试，实现起来比较困难，而且费用较高。因此，需要介于离线仿真和实机试验之间的逆变器-交流电机实时仿真器，与实际控制器硬件相连，在闭环条件下对实际控制器进行实时测试。由于这种实时仿真系统回路中有实际控制器硬件介入，因此被称为硬件在回路仿真（Hardware-in-the-LoopSimulation）。
尽管在真实系统上进行试验是必不可少的，但是由于采用实机难以进行极限与失效测试，而采用实时仿真器可以自由地给定各种测试条件，测试被测控制器的性能，因此实时仿真器可作为快速控制原型（RapidControlprototyping）的虚拟试验台，在电机、逆变器、电源和控制器需要同时工作的并行工程中必不可少。
图1电源-滤波-逆变器-交流电机系统
由于目前数字计算机处理速度的限制，不能实现亚微秒级物理模型实时仿真，需要对逆变器开关过程进行理想化处理，因此引入了离散事件系统。离散事件逆变器子系统与连续时间电机子系统耦合，使变流器-电机实时仿真器成为变因果和变结构系统。变因果是指离散开关事件发生前后，描述连续时间电机子系统的动态方程的输入变量与输出变量会变换位置；变结构是指在仿真进程中，离散开关事件引发状态转换，使连续系统结构发生变化。因而需要对动态方程不断地进行调整和初始化[1]。
框图建模工具Simulink是控制工程仿真的工业标准，但Simulink本质上是一种赋值运算，由其方框图描述的系统是因果的。为了能应用Simulink建模工具，应该使变流器-电机实时仿真系统解耦为两个独立子系统，以消除变因果、变结构问题。
作为功能性建模方法之一的开关函数，可用于确定变流器开关器件电压与电流波形计算，以便进行系统优化设计。它在变流器的离线仿真中已得到成功的应用[2～3]。本文应用文献[2]
的开关函数描述法，采用实际控制器输出的pwm开关逻辑信号定义正、负半桥开关函数，建立逆变器的Simulink模型。该模型既可实现实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦，又可以确定逆变器设置的开关死区时间，防止同一桥臂开关管直通。文中还将给出基于dSpaCe实时环境的逆变器-异步电机开控制系统实时仿真的实现方法和结果。
图2逆变器系统Simulink框图
1逆变器Simulink模型
双电平三相电压源型逆变器由6个开关管和6个与开关管反向并接的续流二极管组成，见图1。采用实际控制器输出的6个pwm开关逻辑信号a+，b+，c+；a-，b-，c-定义逆变器a,b,c三相正半桥开关函数：
Sfap=1·×a+,SFbp=1×b+,SFcp=1×c+
和负半桥开关函数：
SFan=1×a-,SFbn=1×b-，SFcn=1×c-。
则全桥开关函数为：
SFa=Sfap-SFan,SFb=SFbp-SFbn，SFc=SFcp-SFcn。
逆变器输出端a,b,c与直流电流中点o之间的电压为：uao=0.5VDC×Sfab，ubo=0.5VDC×SFb,uco=0.5VDC×SFc，
其中，VDC为直流环路电压。由此得到线电压为：
uab=uao-ubo,ubc=ubo-uco,uca=uco-uao
相电压为：
uan=uao-uno,ubn=ubo-uno,ucn=uco-uno。
式中，uno=(1/3)(uao+ubo+uco)为电机三相绕组中点n与直流电流中点o之间的电压。
正半桥a,b,c相开关器件电流为：
is1=ia×Sfap,is3=ib×SFbp,is5=ic×SFcp
负半桥a,b,c相开关器件电流为：
is4=ia×SFan,is6=ib×SFbn,is2=ic×SFcn
三相电流为：
ia=is1+is4,ib=is3+is6,ic=is5+is2
另外开关电流为：
is1=is1_s-is1_D,iS4=is4_D-is4_s
直流电流为：
iDC=is1+is3+is5
其中，is1_s,is1_D,is4_s,is4_D分别为a相正、负半桥开关管和续流二极管电流。据此，可建立逆变器的Simulink框图模型。图2（a）～(d)分别是逆变器模型顶层和底层的Simulink框图。
2实时仿真系统实现
着名的机电控制系统开发平台较是基于matLaB/Simulink/Real-timeworkshop[4～5]开发的dSpaCe实时系统。本文的相关课题选用单板dSpaCe系统DS1103。
图3宿主计算机/目标计算机结构
DS1103采用32位精简指令集处理器powerpC604e进行浮点运算。精简指令集处理器采用小指令集、多寄存器结构，指令执行简单快速；统一用单周期指令，克服了复杂指令集处理器周期指令有长有短，造成运行中偶发不确定性，致使运行失常的弊端。
DS1103板插入pC机主板的iSa扩展槽中，由pC机提供电源，所有的实时计算都是由DS1103独立执行，而dSapCe的试验工具软件则并行运行于pC主机上。宿主计算机/目标计算机结构如图3所示。
Real-timeinterface(Rti)是dSpaCe系统的实时实现软件，它对实时代码生成软件Real-timeworkshop进行扩展，集成了dSpaCe系统i/o硬件实时模型，可实现从Simulink模型到dSpaCe系统实时C代码的自动生成同，生成的实时代码包括实时内核和应用代码[6]。Rti还根据信号和参数产生一个变量文件，可以用dSpaCe的试验工具软件ControlDesk进行访问[7]。
在功能强大的实时代码实现软件Rti与界面友好的试验软件ControlDesk支持下，可以很快地实现电力驱动系统快速控制原型与硬件在回路仿真测试。图4是采上述的逆变器模型与dSpaCe系统i/o硬件模型组建的逆变器-交流电机系统Simulink框图。图中下部是逆变器-异步电机系统模型，作为实时任务t1，模型具有实际控制器的硬件接口，可输入6路实际的pwm开关信号，输出电流、电压等模拟信号；上部是pwm控制器模型，作为实时任务t2，模型由DSp控制器F240硬件产生实时pwm信号。t1与t2以异步采样模式工作，构成两定时器任务系统。为减少采样控制器输出引发的可变延时造成抖动的影响，设置t1的采样速率远高于t2的采样速率。
3实时仿真结果
系统仿真是针对某电动汽车电力驱动系统的，其中逆变器参数为：pwm开关频率fpwm=1kHz，开关死区时间=7μs；直流电源与滤波参数为：电池开路电压ebo=288V，电源内阻Rb=0.03Ω，滤波电容C=10000μF；异步电机参数为：132V，182a，50Hz，45kw，2900rpm；负载转矩=50nm；交流电源参数为：相电压幅值=100V,频率=50Hz。实时仿真采用euler数值积分方法（oDe1），t1采样周期=11μs，t2采样周期=pwm周期=1ms。
图4逆变器-交流电机Simulink框图
图5是相电压uan、相电流ia、a相上半桥开关电流is1、S1开关管电流is1_s、S1续流二极管电流is1_D、直流环路电压VDC、直流环路电流iDC、任务总执行时间t1/ttt和t2/ttt的实时仿真波形。图中还显示出逆变器的输出电压空间矢量的矢端轨迹为正六边形，并内含从零电压矢量至六边形顶点的连线；而电机的转子磁链空间矢量的矢端轨为圆形。实时仿真系统经长时间连续运行，没有出现数值不稳定问题。
作为比较，对相同系统参数的逆变器-交流电机系统进行步长为100ns的离线仿真，并采用与实时仿真相同的Simulink模型（无硬件接口）和数值积分方法。结果是更小的步长并没有对仿真精度有明显的改进，这表明步长为11μs的实时仿真已经具有较高的仿真精度。