前面我們根據(jù)技術(shù)指標(biāo)理論計(jì)算了相關(guān)參數(shù)，從公式上表面可以初步確定電路參數(shù)，但是能不能得到準(zhǔn)確的實(shí)際效果，一般在設(shè)計(jì)之初會(huì)進(jìn)行仿真分析，確保參數(shù)的準(zhǔn)確性。本文是基于Simetrix/Simplis仿真軟件進(jìn)行仿真分析，該軟件的最大優(yōu)勢在于可以使用實(shí)際PSPICE、SPICE模型進(jìn)行仿真，大大提高了仿真的實(shí)際效果。
一、仿真電路搭建
本次項(xiàng)目所用仿真器版本如下：
首先我們需要導(dǎo)入一部分實(shí)際元器件，比如控制IC、MOS管、二極管等關(guān)鍵元器件。元器件可以去相關(guān)官方網(wǎng)站去下載：
英飛凌：https://www.infineon.com/cms/en/tools/solution-finder/product-finder/simulation-model/
Ti模型：https://www.ti.com.cn/zh-cn/design-resources/design-tools-simulation/models-simulators/overview.html
MPS仿真器：https://www.monolithicpower.com/en/mpsmart-v8.html
這些官網(wǎng)上都會(huì)有響應(yīng)的器件模型。
那么如何導(dǎo)入這些模型呢？我在這里簡單敘述一下。SIMetrix安裝時(shí)如果選擇的是默認(rèn)路徑，那么軟件自帶庫文件路徑一般是C:\Program Files\SIMetrix840\support當(dāng)然版本不同可能路徑不完全相同。
其中models放置的是仿真模型，symbollibs放置的是原理圖符號(hào)。
方法一：最簡單、快速、直接的方法，打開SIMetrix軟件，將下載到的庫文件直接拖入Command Shell窗口：
當(dāng)導(dǎo)入完成并且沒有錯(cuò)誤，軟件會(huì)打印“Model library changed. Rebuilding catalogs, please wait…Completed”提示信息。通過Model Library可以看到已經(jīng)安裝的庫，如果需要移除，只需選擇相應(yīng)的庫，按圖操作即可：
方法二：通過掃描可用庫的方式進(jìn)行添加：
點(diǎn)擊file文件→選擇model library→點(diǎn)擊add/remove library
個(gè)人推薦使用該方法，可以看到該方法添加完成后是指向一個(gè)路徑而不是某個(gè)文件，這樣后續(xù)就可以把庫文件直接放到該路徑下，不用每次都進(jìn)行添加操作了，軟件會(huì)自動(dòng)掃描該路徑下的所有可用庫！建議大家在C盤新建一個(gè)文件夾專門放第三方庫，如下(名字隨意)：
以上兩種方法是最常見的使用辦法，文末我會(huì)放置常用的spice、pspice模型。
根據(jù)前面所計(jì)算的數(shù)值搭建好原理圖：
控制器采用的是HFC0400外圍器件可以根據(jù)參考電路進(jìn)行設(shè)置，這里不再贅述。
二、關(guān)鍵器件設(shè)置
仿真中主要驗(yàn)證變壓器參數(shù)以及開關(guān)器件應(yīng)力的問題。
1、變壓器設(shè)置
- Ø匝數(shù)比：初級(jí)：次級(jí)：輔助：40:11:5
- Ø初級(jí)電感：Lm：384uH（CCM）280uH（BCM）200uH（DCM）
- Ø漏感l(wèi)lk：約3%初級(jí)電感
2、MOS管設(shè)置
- 本次采用英飛凌mos：IPA65R160CFD
3、二極管設(shè)置
- 本項(xiàng)目所涉及二極管采用IDEAL模型，通過仿真去選型。
三、仿真結(jié)果
90Vac_150W:
- Ø輸出電壓紋波：368mV
- Ø二極管電壓應(yīng)力：78V
- Ø二極管電流應(yīng)力：06A（rms）
- ØMOS管電壓應(yīng)力：456V
- ØMOS管電流應(yīng)力：33A
占空比：45.75%
90Vac_300W：
- Ø輸出電壓紋波：750mV
- Ø二極管電壓應(yīng)力：78V
- Ø二極管電流應(yīng)力：13.8A（rms）
- ØMOS管電壓應(yīng)力：474V
- ØMOS管電流應(yīng)力：5.06A
占空比：49.71%
264Vac_150W:
- Ø輸出電壓紋波：235mV
- Ø二極管電壓應(yīng)力：160V
- Ø二極管電流應(yīng)力：6.229A（rms）
- ØMOS管電壓應(yīng)力：548V
- ØMOS管電流應(yīng)力：1.149A
占空比：21.32%
264Vac_300W:
- Ø輸出電壓紋波：380mV
- Ø二極管電壓應(yīng)力：161V
- Ø二極管電流應(yīng)力：11.33A（rms）
- ØMOS管電壓應(yīng)力：611.8V
- ØMOS管電流應(yīng)力：2.49A
占空比：22.76%
根據(jù)以上仿真結(jié)果，我們可以得出選型參數(shù)：
MOS管應(yīng)力：700V/20A
整流二極管：200V/30A
RCD吸收二極管：1000V/10A
吸收電阻：20kΩ/3W
吸收電容：6.8nF/1KV
輸出濾波電容：470uF/50V*3
輸入電解電容：220uF/400V
變壓器參數(shù)：
- Ø匝數(shù)比：初級(jí)：次級(jí)：輔助：40:11:5
- Ø初級(jí)電感：Lm：190uH（DCM）
- Ø漏感l(wèi)lk：約3%初級(jí)電感
- Ø初級(jí)電流有效值max：5A
- Ø次級(jí)電流有效值max：14A
- Ø變壓器骨架：PQ3220
- Ø變壓器磁芯：PC40
采用PQ3220骨架、PC40磁芯分析得出，原邊銅損較嚴(yán)重，原因是由于原邊選取電流密度較大為11A/mm2，在無風(fēng)機(jī)條件下一般取電流密度4~7A/mm2為宜，故需要改變?cè)吚@組線徑，采用多股并繞的方式。該磁芯在過功率條件下，40℃工作環(huán)境，最高溫升67℃左右，滿足設(shè)計(jì)要求；
在過功率條件下，該變壓器磁通變化率為0.17T、最大磁通密度0.23T滿足設(shè)計(jì)要求；
變壓器優(yōu)化主要從磁芯材質(zhì)和繞線方式入手，通過仿真對(duì)比了PC40和PC50材質(zhì)的磁芯發(fā)現(xiàn)PC50材質(zhì)的磁芯損耗優(yōu)于PC40材質(zhì)磁芯，但是從價(jià)格上來說，PC50比PC40材質(zhì)磁芯貴一點(diǎn)，而且PC50為“冷門”磁材，不便于量產(chǎn)；
繞線方式采用多股并繞的方式，電流密度縮小為3.96A/mm2，通過仿真分析發(fā)現(xiàn)變壓器整體損耗減小500mW左右，且溫升最高51.18℃，大大降低了工作溫度。
仿真階段我們就進(jìn)行到這里了，后續(xù)我們將進(jìn)行原理圖和PCB的繪制。