基于Multisim技術(shù)的電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

劉麗平

（南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京，211135)

基于Multisim技術(shù)的電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

劉麗平

（南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京，211135)

科學(xué)技術(shù)水平的提高，使諸多電力電子設(shè)備被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，極大推動(dòng)了各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。由于電力電子電路的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期往往較長(zhǎng)，對(duì)電力電子電路的參數(shù)修改較為麻煩等缺陷，致使電力電子電路的設(shè)計(jì)產(chǎn)品在精度與可靠性方面受到很大影響。對(duì)電力電子電路的I波形與V波形進(jìn)行波形分析，能夠?yàn)殡娏﹄娮与娐返膬?yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)的指導(dǎo)，但由于其I波形與V波形較為復(fù)雜，這使波形分析面臨著很大的困難。因此必須采取相應(yīng)的措施來(lái)予以改進(jìn)，而Multisim技術(shù)的出現(xiàn)為電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了全新的方向。為此，本文便基于Multisim技術(shù)對(duì)電力電子電路的相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入的研究與探討。

Multisim技術(shù)；電力電子電路；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

在電力電子電路設(shè)計(jì)中，波形分析法是一種非常重要的分析方法，利用波形分析法能夠使人們對(duì)電路的工作原理及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入理解，并能夠?yàn)殡娏﹄娮与娐返脑O(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)。波形分析法需要對(duì)電力電子電路中的相關(guān)部件在電壓與電流經(jīng)過(guò)時(shí)所產(chǎn)生的波形進(jìn)行準(zhǔn)確畫(huà)出，設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)波形圖來(lái)對(duì)電力電子電路中的相關(guān)部件的電壓、電流承受上限及各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，以此明確這些元器件的電壓定額與電流定額。因此，波形分析法的關(guān)鍵在于是否能夠?qū)﹄妷弘娏鞑ㄐ芜M(jìn)行準(zhǔn)確畫(huà)出。不過(guò)，在某種特殊情況下，特別是電路處于臨界狀態(tài)時(shí)，波形分析法難以對(duì)波形進(jìn)行準(zhǔn)確畫(huà)出，而這就需要利用試驗(yàn)的方式來(lái)對(duì)電壓波形進(jìn)行確定，但在試驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)環(huán)境與成本的影響會(huì)給波形的測(cè)定帶來(lái)很大困難，這不利于電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。而計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展使眾多功能強(qiáng)大的應(yīng)用軟件有了用武之地，特別是Multisim軟件的應(yīng)用，對(duì)電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)有著極為明顯的優(yōu)勢(shì)。

1 Multisim技術(shù)概述

Multisim技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為載體而研發(fā)的一種虛擬軟件技術(shù)，它能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)的電力電子電路設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的缺陷，極大程度的提高了電力電子電路設(shè)計(jì)的科學(xué)性與可靠性。采用Multisim軟件能夠?qū)﹄娏﹄娮与娐返墓δ苓M(jìn)行仿真模擬，并為電力電子電路的設(shè)計(jì)提供了良好的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境，使電力電子電路的設(shè)計(jì)、仿真分析、功能測(cè)試等相關(guān)工作得以順利開(kāi)展。在Multisim軟件中包含多達(dá)數(shù)千個(gè)器件模型與虛擬元器件，并且包含了大量的虛擬電子設(shè)備，對(duì)這些電子設(shè)備的操作與設(shè)計(jì)就仿佛是在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)一樣，進(jìn)而為設(shè)計(jì)人員提供了非常全面的分析工具，除此之外，它還能夠?qū)υO(shè)計(jì)好的電力電子電路電路進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)分析，從而有效突破了實(shí)驗(yàn)室的客觀局限性。

2 基于Multisim技術(shù)的電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)人員在使用Multisim軟件對(duì)電力電子電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，其設(shè)計(jì)思路共分為以下幾個(gè)步驟，首先，按照用戶(hù)的需求及相關(guān)設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合電路的基本工作原理，以此畫(huà)出相應(yīng)的電路原理圖，對(duì)于由大量電路組成的復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)將系統(tǒng)按照分層電路與子電路的方法來(lái)畫(huà)出該系統(tǒng)的原理框圖。其次，在Multisim軟件的元件庫(kù)中找出能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的相關(guān)元器件，然后切換到電路窗口中對(duì)畫(huà)出的電路原理圖進(jìn)行構(gòu)建，并對(duì)相關(guān)元器件的尺寸及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與調(diào)整。再次，將需要對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試的相關(guān)儀器進(jìn)行添加，并在軟件中對(duì)構(gòu)建好的仿真電路進(jìn)行運(yùn)行，在電路運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要對(duì)電路的仿真測(cè)試結(jié)果進(jìn)行全過(guò)程的監(jiān)測(cè)與觀察。最后，切換到Multisim軟件的分析窗口，對(duì)相應(yīng)的分析方法進(jìn)行選擇，然后將該分析方法應(yīng)用到仿真測(cè)試結(jié)果的分析處理工作當(dāng)中去，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的性能分析與評(píng)估。采用Multisim軟件來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)的電力電子電路進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，不僅操作較為簡(jiǎn)單，而且不需要進(jìn)行大量的編程操作，它能夠?qū)﹄娐返奈锢憩F(xiàn)象及概念進(jìn)行直觀的反映，既能夠?qū)﹄娐返臉?gòu)造進(jìn)行仿真構(gòu)建，又能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的分層電路與子電路的仿真構(gòu)建，從而組建出功能多種多樣的仿真系統(tǒng)。此外，設(shè)計(jì)人員還能夠?qū)﹄娐分械南嚓P(guān)元件參數(shù)進(jìn)行隨時(shí)修改，從而使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)﹄娏﹄娮与娐吩谳斎胼敵鲂盘?hào)時(shí)所產(chǎn)生的波形、失真情況、頻譜特性、頻域等現(xiàn)象進(jìn)行觀察與分析，進(jìn)而找出最佳的電力電子電路優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。由此可見(jiàn)，基于Multisim技術(shù)的仿真設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)相比，在系統(tǒng)性、科學(xué)性、綜合性上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)，這也使其更能有效適用于電路級(jí)的仿真設(shè)計(jì)工作。

3 基于Multisim技術(shù)的電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例分析

為了對(duì)基于Multisim技術(shù)的電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性及準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，本文以Buck直流降壓變換器作為實(shí)例來(lái)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)要求規(guī)定該直流降壓變換器的電路輸入電壓為50伏，輸出電壓為30伏，波動(dòng)幅度為±100mV，工作頻率為30千赫茲，負(fù)載功率在20W至200W之間，工作狀態(tài)為CCM。設(shè)計(jì)過(guò)程如下，首先在Multimis軟件元件庫(kù)中對(duì)元器件進(jìn)行選擇，然后切換至電路工作區(qū)將Buck降壓變換器的電路基本原理圖畫(huà)出，并將脈沖源占空比設(shè)置成0.6，之后對(duì)設(shè)計(jì)的電路及其參數(shù)設(shè)置情況進(jìn)行檢查，然后利用Multimis軟件對(duì)該電路進(jìn)行仿真測(cè)試，通過(guò)仿真測(cè)試能夠使設(shè)計(jì)人員對(duì)變換器電路中的各個(gè)點(diǎn)所產(chǎn)生的波形進(jìn)行直觀的觀察，然后根據(jù)觀察結(jié)果，結(jié)合設(shè)計(jì)要求對(duì)該變換器的電路濾波電容量及儲(chǔ)能電感量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使其能夠達(dá)到1，然后對(duì)電流在臨界狀態(tài)下的連續(xù)時(shí)進(jìn)行設(shè)定，查看其是否滿(mǎn)足要求，并根據(jù)波形圖對(duì)開(kāi)關(guān)元件及續(xù)流二極管的濾波電容量與儲(chǔ)能電感量進(jìn)行計(jì)算，最終仿真測(cè)試獲得該變換器處于CCM狀態(tài)時(shí)，其臨界電感量是0.2mH，能夠滿(mǎn)足設(shè)定的電流臨界連續(xù)時(shí)要求，其最小濾波電容量值為55.6μF，將仿真測(cè)試獲得的驗(yàn)證值與理論值的最大誤差僅為2.3%。在Buck直流降壓變換器設(shè)計(jì)中，對(duì)于三相半波有波逆變失敗后所產(chǎn)生的波形是不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)測(cè)得的，因此只能通過(guò)理論分析方法進(jìn)行計(jì)算獲得，而通過(guò)Multisim軟件能夠使該波形更加直觀、方便的獲得。

4 結(jié)語(yǔ)

基于Multisim技術(shù)的電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅避免了復(fù)雜繁瑣的公式推導(dǎo)，也使電力電子電路的設(shè)計(jì)流程大大簡(jiǎn)化，極大程度的提高了電力電子電路的設(shè)計(jì)水平，使設(shè)計(jì)人員對(duì)電力電子電路的設(shè)計(jì)更有依據(jù)，突破了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室限制，加強(qiáng)了理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合。

[1]文亞鳳.基于雙環(huán)控制功率逆變橋系統(tǒng)的Multisim仿真與分析[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2005,(07):73-75.

[2]于京生,陳永志,康元元.Multisim仿真軟件在模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].石家莊學(xué)院學(xué)報(bào),2011,13(06):46-50.

[3]姜鳳利,陳春玲,黃蕊.Multisim仿真在電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2015,18(05):89-91+96.

Optimization Design of Power Electronic Circuit Based on Multisim Technology

Liu liping
（Nanjing Institute of Mechanical and Electrical Technology,Nanjing Jiangsu,211135)

With the improvement of science and technology, many power electronic equipment have been applied in various fields and greatly promoted the development of various fields. Due to the complexity of the design of power electronic circuits, the long design cycles and the troublesome modification of the parameters of power electronic circuits, the design products of power electronic circuits are greatly affected in terms of accuracy and reliability. Waveform analysis of waveforms and waveforms of power electronic circuits can provide scientific guidance for the optimal design of power electronic circuits. However, due to the complexity of waveforms and waveforms, waveform analysis is faced with great difficulties. Therefore, corresponding measures must be taken to improve it. The emergence of Multisim technology provides a completely new direction for the optimal design of power electronic circuits. To this end, this article will be based on Multisim technology for power electronic circuit related optimization design methods in-depth study and discussion.

Multisim technology; power electronic circuit; optimal design