[实用新型]PWM功率变换器模拟仿真电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种PWM功率变换器模拟仿真电路。

背景技术

脉宽调制（pulse width modulation，PWM）功率变换器广泛用于交/直流电源、逆变器、电机驱动、新能源发电、交/直流输电等功率变换系统。PWM功率变换器由MOSFET、IGBT、IGCT或GTO等功率开关器件和辅助电路构成，如果使用不当，功率开关极易损坏，因此在研究和调试阶段，人们普遍采用仿真技术来验证和测试控制策略或系统的工作性能。

仿真分为物理(实物)仿真和计算机仿真，其中，物理(实物)仿真是按照实际系统的物理性质构造系统的物理(实物)模型进行试验研究，直观形象，逼真度高，但代价高，周期长。计算机仿真又分为纯软件仿真和实时仿真，其中软件仿真不使用实际系统的任何部件，其仿真时间也与系统的实际时间无关；实时仿真采用多核高速计算机或FPGA实现并行计算处理，其仿真运行时间与实际时间一致，可以实现硬件在回路(Hardware-in-Loop)实时仿真与控制。计算机仿真一直作为一种必不可少的工具，在减少损失、节约经费开支、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥着重要的作用；计算机实时仿真可进行半实物仿真，即系统一部分采用计算机实时仿真，另一部分以实物方式引入仿真回路，可极大提高控制系统的设计效率。目前，这一系统或设计方法已经在国外的高校和实验室得到普遍采用。目前，国际上比较流行数字式实时仿真器有RT-lab、RTDS、dSPACE等。

但是，由于现有数字式实时仿真器需采用多核高速计算机或FPGA配合实时算法实现，系统结构复杂，价格非常昂贵（一般在几十万到几百万元人民币），并且其仿真步长由于受计算速度及数-模转换器转换速率的限制不可能做到很小，特别是在仿真PWM功率变换器时，其仿真精度与实际系统还存在一定差距。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种PWM功率变换器模拟仿真电路，它具有仿真精度高、价格低廉、易于实现，以及不存在仿真步长受限等优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种PWM功率变换器模拟仿真电路，包括第一电子模拟开关电路和第二电子模拟开关电路，所述第一电子模拟开关电路的输出端与第一加法器的输入端连接，所述第一加法器的输出端与一阶惯性电路的输入端连接，所述一阶惯性电路的输出端分别与第二电子模拟开关电路的输入端和第二加法器的输入端连接，所述第二电子开关模拟电路的输出端与第二加法器连接，所述第二加法器的输出端与比例积分电路连接，所述比例积分电路与第三加法器的输入端连接，所述第三加法器的输出端通过比例放大电路连接第二加法器的输入端；第三加法器的输入端还与直/交流电压信号发生器的输出端连接，所述直/交流电压信号发生器的输出端还与第二电子模拟开关电路连接；第三加法器的输出端还与第一电子模拟开关电路的输入端连接，所述第一电子模拟开关电路和第二电子模拟开关电路的输入端均与外部控制信号连接。

一种PWM功率变换器模拟仿真方法，具体步骤为：

步骤一：建立所述PWM功率变换器中各器件的端电压、端电流关系的电学模型，根据基尔霍夫定律，得到所述PWM功率变换器中各回路及各节点的电压、电流关系的电学模型；

步骤二：按照电压变换系数，将所述电学模型中的电压变换成相应低电压调理信号，按照电流变换系数，将所述电学模型中的电流变换成相应低电压调理信号；所述低电压调理信号是指在公知的电子模拟开关电路和运算放大器电路正常工作电压范围内的电压信号；

步骤三：采用第一电子模拟开关电路和第二电子模拟开关电路实现所述电学模型中的开关函数关系，即采用两个电子模拟开关模拟PWM功率变换器中的半桥型功率开关电路；采用运算放大器电路实现所述电学模型中的加法、比例系数、指数、积分关系。

所述步骤一中的电学模型是指用器件的端电压、端电流关系描述所述器件的输入输出特性。

所述步骤三的方案是：

采用运算放大器电路实现一阶惯性电路功能，模拟PWM功率变换器中的电抗器；

采用运算放大器电路实现比例积分电路功能，模拟PWM功率变换器中的电容器；

采用运算放大器电路实现比例放大电路功能，模拟PWM功率变换器中的电阻器；

采用直/交流电压信号发生器模拟PWM功率变换器中的电压源和电流源。

所述步骤三的具体步骤为：