電力電子電路優化設計研究

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摘要：科學技術水平的提高，使諸多電力電子設備被應用于各個領域當中，極大推動了各個領域的發展。由于電力電子電路的設計非常復雜，設計周期往往較長，對電力電子電路的參數修改較為麻煩等缺陷，致使電力電子電路的設計產品在精度與可靠性方面受到很大影響。對電力電子電路的I波形與V波形進行波形分析，能夠為電力電子電路的優化設計提供科學的指導，但由于其I波形與V波形較為復雜，這使波形分析面臨著很大的困難。因此必須采取相應的措施來予以改進，而Multisim技術的出現為電力電子電路的優化設計提供了全新的方向。為此，本文便基于Multisim技術對電力電子電路的相關優化設計方法進行深入的研究與探討。

關鍵詞：Multisim技術；電力電子電路；優化設計

在電力電子電路設計中，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電路的工作原理及設計方法進行深入理解，并能夠為電力電子電路的設計提供科學的依據。波形分析法需要對電力電子電路中的相關部件在電壓與電流經過時所產生的波形進行準確畫出，設計人員能夠根據波形圖來對電力電子電路中的相關部件的電壓、電流承受上限及各項參數進行計算，以此明確這些元器件的電壓定額與電流定額。因此，波形分析法的關鍵在于是否能夠對電壓電流波形進行準確畫出。不過，在某種特殊情況下，特別是電路處于臨界狀態時，波形分析法難以對波形進行準確畫出，而這就需要利用試驗的方式來對電壓波形進行確定，但在試驗過程中，實驗環境與成本的影響會給波形的測定帶來很大困難，這不利于電力電子電路的優化設計。而計算機信息技術的發展使眾多功能強大的應用軟件有了用武之地，特別是Multisim軟件的應用，對電力電子電路的優化設計有著極為明顯的優勢。

1Multisim技術概述

Multisim技術是以計算機為載體而研發的一種虛擬軟件技術，它能夠彌補傳統的電力電子電路設計過程中存在的缺陷，極大程度的提高了電力電子電路設計的科學性與可靠性。采用Multisim軟件能夠對電力電子電路的功能進行仿真模擬，并為電力電子電路的設計提供了良好的集成化設計環境，使電力電子電路的設計、仿真分析、功能測試等相關工作得以順利開展。在Multisim軟件中包含多達數千個器件模型與虛擬元器件，并且包含了大量的虛擬電子設備，對這些電子設備的操作與設計就仿佛是在真實環境中進行設計一樣，進而為設計人員提供了非常全面的分析工具，除此之外，它還能夠對設計好的電力電子電路電路進行仿真設計分析，從而有效突破了實驗室的客觀局限性。

2基于Multisim技術的電力電子電路的優化設計思路

設計人員在使用Multisim軟件對電力電子電路進行優化設計時，其設計思路共分為以下幾個步驟，首先，按照用戶的需求及相關設計要求，并結合電路的基本工作原理，以此畫出相應的電路原理圖，對于由大量電路組成的復雜系統來說，應將系統按照分層電路與子電路的方法來畫出該系統的原理框圖。其次，在Multisim軟件的元件庫中找出能夠滿足設計要求的相關元器件，然后切換到電路窗口中對畫出的電路原理圖進行構建，并對相關元器件的尺寸及參數進行設置與調整。再次，將需要對電路進行測試的相關儀器進行添加，并在軟件中對構建好的仿真電路進行運行，在電路運行過程中，設計人員要對電路的仿真測試結果進行全過程的監測與觀察。最后，切換到Multisim軟件的分析窗口，對相應的分析方法進行選擇，然后將該分析方法應用到仿真測試結果的分析處理工作當中去，以此實現對設計的電路進行客觀準確的性能分析與評估。采用Multisim軟件來對設計的電力電子電路進行仿真設計，不僅操作較為簡單，而且不需要進行大量的編程操作，它能夠對電路的物理現象及概念進行直觀的反映，既能夠對電路的構造進行仿真構建，又能夠實現系統的分層電路與子電路的仿真構建，從而組建出功能多種多樣的仿真系統。此外，設計人員還能夠對電路中的相關元件參數進行隨時修改，從而使設計人員能夠對電力電子電路在輸入輸出信號時所產生的波形、失真情況、頻譜特性、頻域等現象進行觀察與分析，進而找出最佳的電力電子電路優化設計方法。由此可見，基于Multisim技術的仿真設計和傳統的實驗室設計相比，在系統性、科學性、綜合性上要遠遠優于實驗室設計，這也使其更能有效適用于電路級的仿真設計工作。

3基于Multisim技術的電力電子電路的優化設計實例分析

為了對基于Multisim技術的電力電子電路的優化設計的可行性及準確性進行驗證，本文以Buck直流降壓變換器作為實例來進行分析，設計要求規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，波動幅度為±100mV，工作頻率為30千赫茲，負載功率在20W至200W之間，工作狀態為CCM。設計過程如下，首先在Multimis軟件元件庫中對元器件進行選擇，然后切換至電路工作區將Buck降壓變換器的電路基本原理圖畫出，并將脈沖源占空比設置成0.6，之后對設計的電路及其參數設置情況進行檢查，然后利用Multimis軟件對該電路進行仿真測試，通過仿真測試能夠使設計人員對變換器電路中的各個點所產生的波形進行直觀的觀察，然后根據觀察結果，結合設計要求對該變換器的電路濾波電容量及儲能電感量進行相應的調整，使其能夠達到1，然后對電流在臨界狀態下的連續時進行設定，查看其是否滿足要求，并根據波形圖對開關元件及續流二極管的濾波電容量與儲能電感量進行計算，最終仿真測試獲得該變換器處于CCM狀態時，其臨界電感量是0.2mH，能夠滿足設定的電流臨界連續時要求，其最小濾波電容量值為55.6μF，將仿真測試獲得的驗證值與理論值的最大誤差僅為2.3%。在Buck直流降壓變換器設計中，對于三相半波有波逆變失敗后所產生的波形是不能通過實驗的方式來測得的，因此只能通過理論分析方法進行計算獲得，而通過Multisim軟件能夠使該波形更加直觀、方便的獲得。

4結語

基于Multisim技術的電力電子電路的優化設計不僅避免了復雜繁瑣的公式推導，也使電力電子電路的設計流程大大簡化，極大程度的提高了電力電子電路的設計水平，使設計人員對電力電子電路的設計更有依據，突破了傳統的實驗室限制，加強了理論與實踐的緊密結合。

參考文獻

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作者:劉麗平 單位:南京機電職業技術學院