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clamnesslucy

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專業(yè): 電力電子學

[交流] 電源仿真軟件深度剖析與實用指南

各位同學、老師、專家、同行，大家好！

   今天想根據(jù)自己從業(yè)的一些經(jīng)驗，給大家分享一下關于電源設計會涉及到的仿真軟件，希望對大家的學習和工作能有所幫助。

   一、電源仿真的核心價值電源仿真在電源系統(tǒng)開發(fā)里，好處已經(jīng)不用我再復述了，言而總之就是省錢省時省精力。幫咱設計電源、精準分析，做電源方案的時候。

   本人親身經(jīng)歷，只要比較復雜的項目，有條件能用仿真的，一定要提前用仿真，在一堆電路拓撲里，挑出幾個能用的方案，先不說節(jié)省的時間和試錯成本，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，這個就根據(jù)每個人對仿真的掌握程度和專業(yè)經(jīng)驗因人而異了。

   提前檢查電源性能：

   在搭實際電源系統(tǒng)之前，先用仿真測測性能，心里也有底。這一點上我也沒少吃過虧，不是已經(jīng)做過的成熟方案，頭鐵的直接敢搭實物的，要么真的是大神，要么就只能說聲呵呵了。

   快速找到電源故障原因：

   電源電路出問題的時候，電源仿真是可以快速定位故障點的。我們實驗室之前采購了很多廠家的仿真設備，我覺得性價比最高的是武漢的一家公司做的，應該是叫森木磊石，當時買的型號應該是叫什么PXI-BOX，他們的一個功能我在其他家的設備上沒看到過，可以一邊運行模型一邊調參數(shù)，這個功能真的好用，非常推薦。

   優(yōu)化電源設計：

   我經(jīng)常會用仿真去驗證各種優(yōu)化的設計，反正改改電路里電阻、電容這些元件的參數(shù)，看看對整個電路有啥影響，首先不用擔心它炸，尤其是強電，也不用擔心經(jīng)費花多了老板的臉色難看。

   二、電源仿真的標準流程

   另外再分享一下電源系統(tǒng)仿真的幾個常規(guī)步驟：

   搭仿真模型：

   按照電源設計方案，再結合要仿真的內容，在對應的仿真軟件里好好搭模型。這就跟蓋房子打地基一樣。我個人每次在這個步驟的時候，還是非常認真的，把設計方案的每個細節(jié)都核對好，不然現(xiàn)在偷的懶，最后總會成倍的找回來，這是血淚，請大家一定要切記。

   設置仿真參數(shù)：

   一定要嚴格按照電源方案里對電氣、電磁參數(shù)的要求，把仿真模型的參數(shù)設好。每個參數(shù)都像模型運行的關鍵按鈕，設得準不準，會直接影響仿真結果。所以在這一步，我都反復檢查，絕對不能讓參數(shù)出錯，這樣仿真結果才可靠。

   運行仿真模型：

   模型搭好、參數(shù)設好，就可以仿真了。要是運行的時候報錯，那就需要找問題，改改模型結構或者重新調調參數(shù)。只有模型順暢的運行完，才說明方案是可行的。

   分析仿真結果：

   對仿真結果里關鍵的電源參數(shù)，要好好分析，看是不是和我們想的一樣。這一步很考驗經(jīng)驗，不光要看參數(shù)達不達標，還得從數(shù)據(jù)變化里看出有沒有潛在問題。比如說，參數(shù)雖然在正常范圍，但要是波動大，那就說明電源設計可能還得優(yōu)化，得再調整設計方案。

   另外得再提醒一下，仿真最重要的是搭出和實際情況差不多的模型，而且我們得對仿真結果心里大致有一個預期。雖說仿真很有用，但它不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的計算和分析，在實際工作里，把仿真當驗證設計的工具是最合適。

   三、常用仿真軟件詳析：

   接下來就都是干貨了，做電源設備設計仿真，主要會用到電路、電磁、熱學、力學這些方面的仿真。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公司開發(fā)的，在電力電子和電機控制這兩塊特別強。它能支持開關器件高階非線性行為模型，還有開關器件SPICE模型，運行速度快，建模能力也很牛。像那種要算很長時間的復雜模擬任務，用它就特別合適。我之前做電力電子變換器仿真項目的時候，PSIM運算效率高，幫了大忙。

   Matlab/Simulink：

   Simulink是基于MATLAB平臺的多域模擬和模型設計軟件。它里面有好多封裝好的電源IC底層數(shù)模邏輯控制模塊，還有專門針對電源應用的器件建模、分析模組。再加上MATLAB那些工具，能做很復雜的建模和數(shù)理分析。不過呢，這軟件仿真速度有點慢。但它精度高，要是做那種有復雜數(shù)字控制和邏輯功能的電源系統(tǒng)仿真，選它就對了。

   Pspice：

   這是美國加州大學弄出來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。仿真結果精度也比較高，就是速度太慢了，而且專門針對電源的分析工具不算多。要是做那種對精度要求高，電路又不太復雜的項目，我就會用它。

   LTspice：

   這是ADI公司開發(fā)的，它把電源仿真、原理圖采集還有波形觀測這些功能都集成在一起了。它內置了ADI公司好多器件模型，還能導入自己定義的模型，特別實用。要是做模擬電路仿真涉及到ADI器件的項目，可以考慮用它。

   SIMPLIS：

   這是基于時域部分線性化技術的電源仿真軟件，在閉環(huán)開關電源設計這塊用得特別多，能很高效地仿真電源系統(tǒng)。我做閉環(huán)開關電源設計項目的時候，會用它來看看設計方案行不行，效率比較高。

（二）電磁仿真軟件

   ANSYS：

   美國ANSYS公司的大型通用有限元分析軟件。針對開關電源，它能對磁性部件性能和電源電路系統(tǒng)性能進行仿真，在開關電源電路設計、磁性器件性能優(yōu)化、EMI噪聲仿真這些方面，作用特別大。做那種對電磁兼容性要求高的電源項目，同事用它的比較多。

   Saber：

   它能把電源系統(tǒng)的各項指標，像環(huán)路頻率響應、功率管開關、磁性器件工作情況這些，都分析得很全面。它用硬件描述語言(MAST)和單內核混合仿真方案，能建出特別精準、完善的系統(tǒng)仿真模型。不過它仿真速度慢，適用那種對分析功能要求高，又不太在乎仿真時間的復雜項目。

（三）熱學仿真軟件

   ICEPAK：

   Fluent公司開發(fā)的，專門給電子產(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)品熱設計項目的時候，常用它來模擬熱量傳遞，設計散熱方案。

   FLOTHERM：

   MentorGraphics公司開發(fā)的，專門針對電子器件/設備熱設計的仿真軟件。從元器件級、PCB板和模塊級，到系統(tǒng)整機級、環(huán)境級，它都能做熱分析，功能特別全。做大型電子設備熱設計的時候，可以用它來做全面的熱分析。

（四）力學仿真軟件

   ANSYSMechanical：

   集成在ANSYS里的結構分析仿真軟件，能做線性和非線性力學模擬，像靜力學、動力學和疲勞分析這些都能做，特別適合解決各種工程結構問題。是用來做那種對電源設備外殼結構強度有要求的項目；

   ABAQUS：

   達索公司開發(fā)的非線性有限元分析軟件，特別擅長處理復雜的工程問題，像材料的塑性、蠕變、疲勞這些。要是做那種對材料力學性能要求高，結構又復雜的項目，我沒用過，但是結構的同事優(yōu)先推薦。

   以上就是我給大家分享的常用電源設計過程中我認為會常用的幾款仿真軟件。希望能給大家?guī)硪恍┬碌乃悸罚救藷釔劢挥�，喜歡探討專業(yè)相關的問題，歡迎同行、同學能不吝賜教！

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