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開關(guān)電源離散時域法仿真

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開關(guān)電源離散時域法仿真

采用SPICE和PSPICE通用電路模擬順序,現(xiàn)有的仿真算法。對開關(guān)電源仿真的優(yōu)點(diǎn)是可以利用通用電路分析順序的特點(diǎn),直接由電路仿真,不需要列出電路的方程式,只需要按照規(guī)定的胳式輸人,就可以對開關(guān)穩(wěn)壓電源或開關(guān)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行仿真,并得到瞬態(tài)時域響應(yīng)或頻域特性。但這種仿真方法的缺點(diǎn)是計算效率低、仿真時間長。用SPICE和PSPICE仿真的理論根據(jù)是狀態(tài)空間平均法,當(dāng)擾動信號的頻率比開關(guān)頻率低很多時,能保證一定的仿真準(zhǔn)確度。但更的仿真方法是離散時域法。

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從實(shí)質(zhì)上來看,開關(guān)電源是一個離散的非線性系統(tǒng),如果利用狀態(tài)空間列出非線性系統(tǒng)的分段線性方程用計算機(jī)求解,可以比擬地進(jìn)行分析研究,這就是所謂離散時域仿真法。離散時域法,可以對多環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,以達(dá)到實(shí)現(xiàn)不同的控制規(guī)律,快速、準(zhǔn)確、高效率地研究電路變化和(或)元器件參數(shù)變化時對系統(tǒng)瞬態(tài)特性的影晌。可以用來仿真穩(wěn)態(tài)過程(如電壓、電流的紋波等)大信號響應(yīng)(如啟動過程等)及小信號響應(yīng)(如計算開關(guān)電源的特征值、穩(wěn)定性分析、校驗(yàn)控制電路的設(shè)計等)

離散時域仿真法也有缺點(diǎn),即這種仿真法得不到解析形式的數(shù)學(xué)方程,必需完全依靠計算機(jī)的數(shù)值計算分析,物理概念不清晰。

應(yīng)用離散時域法仿真時,應(yīng)首先建立一個等效的非線性迭代時域模型。其基本方法是列出系統(tǒng)的分段線性狀態(tài)方程,而后求狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律,并由此導(dǎo)出非線性差分方程。

用牛頓迭代法可以求出的平衡點(diǎn)。當(dāng)求解非線性差分方程時,需要確定開關(guān)的轉(zhuǎn)換時刻,即各個分段線性網(wǎng)絡(luò)的邊境條件。非線性差分方程的時域解就是大信號瞬態(tài)響應(yīng)。

進(jìn)行小信號分析時,先要在平衡點(diǎn)附近對開關(guān)電源線性化,以便得到線性差分方程,應(yīng)用z變換可以在Z域內(nèi)分析小信號特性,如穩(wěn)定性、瞬態(tài)響應(yīng)等。

快速性和準(zhǔn)確性是一大矛盾,慣例的定步長積分仿真方法很難用于開關(guān)電源,其原因有二:一是運(yùn)算量大,如為了保證足夠的準(zhǔn)確度,一個開關(guān)周期內(nèi)往往要求解幾百次微分方程到幾千次微分方程,乘法運(yùn)算次數(shù)很大;二是精度低,有限的積分步長將會造成開關(guān)電源開關(guān)時刻的計算誤差(截斷誤差)較大,這種誤差的呈現(xiàn)對開關(guān)電源的瞬態(tài)過程影響很大。若步長太小,不只計算時間長,而且在狀態(tài)推移過程中,數(shù)值計算也會造成很大的積累誤差。

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| 發(fā)布時間:2017.04.13    來源:開關(guān)電源
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