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clamnesslucy新蟲(chóng) (初入文壇)
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[交流]
電源仿真軟件深度剖析與實(shí)用指南
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 各位同學(xué)、老師、專(zhuān)家、同行，大家好！今天想根據(jù)自己從業(yè)的一些經(jīng)驗(yàn)，給大家分享一下關(guān)于電源設(shè)計(jì)會(huì)涉及到的仿真軟件，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)和工作能有所幫助。 一、電源仿真的核心價(jià)值電源仿真在電源系統(tǒng)開(kāi)發(fā)里，好處已經(jīng)不用我再?gòu)?fù)述了，言而總之就是省錢(qián)省時(shí)省精力。幫咱設(shè)計(jì)電源、精準(zhǔn)分析，做電源方案的時(shí)候。 本人親身經(jīng)歷，只要比較復(fù)雜的項(xiàng)目，有條件能用仿真的，一定要提前用仿真，在一堆電路拓?fù)淅�，挑出幾個(gè)能用的方案，先不說(shuō)節(jié)省的時(shí)間和試錯(cuò)成本，起碼可以少掉不少頭發(fā)。但是能不能把各種參數(shù)算得很準(zhǔn)，這個(gè)就根據(jù)每個(gè)人對(duì)仿真的掌握程度和專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)因人而異了。 提前檢查電源性能： 在搭實(shí)際電源系統(tǒng)之前，先用仿真測(cè)測(cè)性能，心里也有底。這一點(diǎn)上我也沒(méi)少吃過(guò)虧，不是已經(jīng)做過(guò)的成熟方案，頭鐵的直接敢搭實(shí)物的，要么真的是大神，要么就只能說(shuō)聲呵呵了。 快速找到電源故障原因： 電源電路出問(wèn)題的時(shí)候，電源仿真是可以快速定位故障點(diǎn)的。我們實(shí)驗(yàn)室之前采購(gòu)了很多廠家的仿真設(shè)備，我覺(jué)得性價(jià)比最高的是武漢的一家公司做的，應(yīng)該是叫森木磊石，當(dāng)時(shí)買(mǎi)的型號(hào)應(yīng)該是叫什么PXI-BOX，他們的一個(gè)功能我在其他家的設(shè)備上沒(méi)看到過(guò)，可以一邊運(yùn)行模型一邊調(diào)參數(shù)，這個(gè)功能真的好用，非常推薦。 優(yōu)化電源設(shè)計(jì)： 我經(jīng)常會(huì)用仿真去驗(yàn)證各種優(yōu)化的設(shè)計(jì)，反正改改電路里電阻、電容這些元件的參數(shù)，看看對(duì)整個(gè)電路有啥影響，首先不用擔(dān)心它炸，尤其是強(qiáng)電，也不用擔(dān)心經(jīng)費(fèi)花多了老板的臉色難看。 二、電源仿真的標(biāo)準(zhǔn)流程 另外再分享一下電源系統(tǒng)仿真的幾個(gè)常規(guī)步驟： 搭仿真模型： 按照電源設(shè)計(jì)方案，再結(jié)合要仿真的內(nèi)容，在對(duì)應(yīng)的仿真軟件里好好搭模型。這就跟蓋房子打地基一樣。我個(gè)人每次在這個(gè)步驟的時(shí)候，還是非常認(rèn)真的，把設(shè)計(jì)方案的每個(gè)細(xì)節(jié)都核對(duì)好，不然現(xiàn)在偷的懶，最后總會(huì)成倍的找回來(lái)，這是血淚，請(qǐng)大家一定要切記。 設(shè)置仿真參數(shù)： 一定要嚴(yán)格按照電源方案里對(duì)電氣、電磁參數(shù)的要求，把仿真模型的參數(shù)設(shè)好。每個(gè)參數(shù)都像模型運(yùn)行的關(guān)鍵按鈕，設(shè)得準(zhǔn)不準(zhǔn)，會(huì)直接影響仿真結(jié)果。所以在這一步，我都反復(fù)檢查，絕對(duì)不能讓參數(shù)出錯(cuò)，這樣仿真結(jié)果才可靠。 運(yùn)行仿真模型： 模型搭好、參數(shù)設(shè)好，就可以仿真了。要是運(yùn)行的時(shí)候報(bào)錯(cuò)，那就需要找問(wèn)題，改改模型結(jié)構(gòu)或者重新調(diào)調(diào)參數(shù)。只有模型順暢的運(yùn)行完，才說(shuō)明方案是可行的。 分析仿真結(jié)果： 對(duì)仿真結(jié)果里關(guān)鍵的電源參數(shù)，要好好分析，看是不是和我們想的一樣。這一步很考驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，不光要看參數(shù)達(dá)不達(dá)標(biāo)，還得從數(shù)據(jù)變化里看出有沒(méi)有潛在問(wèn)題。比如說(shuō)，參數(shù)雖然在正常范圍，但要是波動(dòng)大，那就說(shuō)明電源設(shè)計(jì)可能還得優(yōu)化，得再調(diào)整設(shè)計(jì)方案。 另外得再提醒一下，仿真最重要的是搭出和實(shí)際情況差不多的模型，而且我們得對(duì)仿真結(jié)果心里大致有一個(gè)預(yù)期。雖說(shuō)仿真很有用，但它不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的計(jì)算和分析，在實(shí)際工作里，把仿真當(dāng)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的工具是最合適。 三、常用仿真軟件詳析： 接下來(lái)就都是干貨了，做電源設(shè)備設(shè)計(jì)仿真，主要會(huì)用到電路、電磁、熱學(xué)、力學(xué)這些方面的仿真。下面我就給大家分享一下常用的仿真軟件。 （一）電路仿真軟件PSIM（PowerSimulation）： 這軟件是Powersim公司開(kāi)發(fā)的，在電力電子和電機(jī)控制這兩塊特別強(qiáng)。它能支持開(kāi)關(guān)器件高階非線性行為模型，還有開(kāi)關(guān)器件SPICE模型，運(yùn)行速度快，建模能力也很牛。像那種要算很長(zhǎng)時(shí)間的復(fù)雜模擬任務(wù)，用它就特別合適。我之前做電力電子變換器仿真項(xiàng)目的時(shí)候，PSIM運(yùn)算效率高，幫了大忙。 Matlab/Simulink： Simulink是基于MATLAB平臺(tái)的多域模擬和模型設(shè)計(jì)軟件。它里面有好多封裝好的電源IC底層數(shù)模邏輯控制模塊，還有專(zhuān)門(mén)針對(duì)電源應(yīng)用的器件建模、分析模組。再加上MATLAB那些工具，能做很復(fù)雜的建模和數(shù)理分析。不過(guò)呢，這軟件仿真速度有點(diǎn)慢。但它精度高，要是做那種有復(fù)雜數(shù)字控制和邏輯功能的電源系統(tǒng)仿真，選它就對(duì)了。 Pspice： 這是美國(guó)加州大學(xué)弄出來(lái)的電路分析仿真軟件，能模擬各種電源電路。它界面看著很直觀，用戶還能自己建元器件和元器件庫(kù)。仿真結(jié)果精度也比較高，就是速度太慢了，而且專(zhuān)門(mén)針對(duì)電源的分析工具不算多。要是做那種對(duì)精度要求高，電路又不太復(fù)雜的項(xiàng)目，我就會(huì)用它。 LTspice： 這是ADI公司開(kāi)發(fā)的，它把電源仿真、原理圖采集還有波形觀測(cè)這些功能都集成在一起了。它內(nèi)置了ADI公司好多器件模型，還能導(dǎo)入自己定義的模型，特別實(shí)用。要是做模擬電路仿真涉及到ADI器件的項(xiàng)目，可以考慮用它。 SIMPLIS： 這是基于時(shí)域部分線性化技術(shù)的電源仿真軟件，在閉環(huán)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)這塊用得特別多，能很高效地仿真電源系統(tǒng)。我做閉環(huán)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)項(xiàng)目的時(shí)候，會(huì)用它來(lái)看看設(shè)計(jì)方案行不行，效率比較高。 （二）電磁仿真軟件 ANSYS： 美國(guó)ANSYS公司的大型通用有限元分析軟件。針對(duì)開(kāi)關(guān)電源，它能對(duì)磁性部件性能和電源電路系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真，在開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)、磁性器件性能優(yōu)化、EMI噪聲仿真這些方面，作用特別大。做那種對(duì)電磁兼容性要求高的電源項(xiàng)目，同事用它的比較多。 Saber： 它能把電源系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)，像環(huán)路頻率響應(yīng)、功率管開(kāi)關(guān)、磁性器件工作情況這些，都分析得很全面。它用硬件描述語(yǔ)言(MAST)和單內(nèi)核混合仿真方案，能建出特別精準(zhǔn)、完善的系統(tǒng)仿真模型。不過(guò)它仿真速度慢，適用那種對(duì)分析功能要求高，又不太在乎仿真時(shí)間的復(fù)雜項(xiàng)目。 （三）熱學(xué)仿真軟件 ICEPAK： Fluent公司開(kāi)發(fā)的，專(zhuān)門(mén)給電子產(chǎn)品工程師做電子熱分析用的軟件。它能處理曲面幾何，用的是fluent求解器，還集成在ANSYS里。我做電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)項(xiàng)目的時(shí)候，常用它來(lái)模擬熱量傳遞，設(shè)計(jì)散熱方案。 FLOTHERM： MentorGraphics公司開(kāi)發(fā)的，專(zhuān)門(mén)針對(duì)電子器件/設(shè)備熱設(shè)計(jì)的仿真軟件。從元器件級(jí)、PCB板和模塊級(jí)，到系統(tǒng)整機(jī)級(jí)、環(huán)境級(jí)，它都能做熱分析，功能特別全。做大型電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以用它來(lái)做全面的熱分析。 （四）力學(xué)仿真軟件 ANSYSMechanical： 集成在ANSYS里的結(jié)構(gòu)分析仿真軟件，能做線性和非線性力學(xué)模擬，像靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和疲勞分析這些都能做，特別適合解決各種工程結(jié)構(gòu)問(wèn)題。是用來(lái)做那種對(duì)電源設(shè)備外殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有要求的項(xiàng)目； ABAQUS： 達(dá)索公司開(kāi)發(fā)的非線性有限元分析軟件，特別擅長(zhǎng)處理復(fù)雜的工程問(wèn)題，像材料的塑性、蠕變、疲勞這些。要是做那種對(duì)材料力學(xué)性能要求高，結(jié)構(gòu)又復(fù)雜的項(xiàng)目，我沒(méi)用過(guò)，但是結(jié)構(gòu)的同事優(yōu)先推薦。 以上就是我給大家分享的常用電源設(shè)計(jì)過(guò)程中我認(rèn)為會(huì)常用的幾款仿真軟件。希望能給大家?guī)?lái)一些新的思路，本人熱愛(ài)交友，喜歡探討專(zhuān)業(yè)相關(guān)的問(wèn)題，歡迎同行、同學(xué)能不吝賜教！ |
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