车载逆变电源仿真.doc

车载逆变电源的Saber与Simulink联合仿真 汽车早已进入大众家庭，而现在已变成了集娱乐功能为一体的交通工具。而要具有娱乐功能，汽车上的各种电器需要电源供电。普通的汽车电源是12 V蓄电池，而常用电气设备主要使用220 V、50 Hz交流电。因此需要将直流电逆变成交流电。常见的逆变电源的结构，都是先通过高频变压器升压成高压直流，再通过桥式逆变为工频交流电。电路仿真软件主要有Spice，Matlab／Simulink，Saber等，各个软件都有其自身的特点。Matlab／Simulink在控制系统仿真方面具有优势，并且提供了很多的控制工具箱；而Saber软件具有精确的硬件元器件模型库，能为仿真带来更精确的结果，同时其在开关电源仿真上收敛性很好，仿真结果分析查看工具很强大，后续处理很优秀。本文针对车载逆变电源的特点，利用saber与Matlab／Simulink联合仿真，对车载逆变电源进行了系统级的仿真研究，得到了特性很好的220 V、50 Hz的交流电。 1 Saber软件的特点 1．1 Saber概述 Saber模拟及混合信号仿真软件是美国Synopsys公司的一款EDA软件，被誉为全球最先进的系统仿真软件，也是惟一的多技术、多领域的系统仿真产品。Sabet软件广泛应用于电子、电力电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统。它不仅适合于元件级仿真，也适合于系统级仿真。Saber在电源设计中的特点主要是具有30 000多种元器件，包括电源专用器件和功率电子器件，提供高精度的电路仿真模型单元库；三种变压器模型设计，有效地解决了变压器的设计问题；同时Saber顺序使用五种强大算法，有效控制开关电源电路的仿真收敛性能；且saber利用其获有专利的Calaveras算法来获得最佳性能，在大型系统的仿真上，时间较Matlab／Simulink短很多。由于通过单一的混合信号仿真内核提高了仿真速度并提供精确有效的仿真结果；同时Saber带有与其它仿真软件结合的混合仿真接口，可以结合其它仿真软件的优点方便、高效、准确的来实现系统的设计。 1．2 SaberScope图形化波形分析器 Saber自带的SaberScope图形化波形分析器，功能强大，可以进行波形的各种计算分析。它可以快速并形象化地将反映设计性能的50种测量结果标注到图形上；能保存图形的原始数据，并再现图形；具有独特的波形计算器，可以将信号管理器中的信号选择到波形计算器的寄存器中，并对波形进行各种运算。 2 Matlab／Simulink软件的特点 Matlab是美国Mathworks公司出品的商业数学软件，主要包括Matlab和Simulink两大部分。Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink适合于系统级的仿真，没有精确模型的元器件库，不适合进行元件级的仿真。但Simulink具有强大的控制系统仿真能力，适合于各种控制系统的仿真设计。对于无法或不容易利用元器件进行搭建的控制算法，可以利用Simulink中的各种系统工具进行搭建。并且可以得到良好的效果。 3 车载逆变电源的仿真设计 3．1 车载逆变电源的设计方案 本文车载逆变电源的设计主要分两级，前级使用直流升压电路，将12 VDC升高到350 VDC左右，后级将高压直流进行逆变，得到220 V，50 Hz的交流电。前级利用高频变压器将直流升压，这样可以减小变压器体积，提高系统的功率密度。前级采用推挽电路设计，只需2个功率开关器件。变压器副边使用桥式整流电路，得到高压直流。桥式电路后面是一个三阶π型低通滤波器，得到平滑直流，减小纹波。后级逆变电路采用全桥逆变，可以控制谐波含量。最后通过一个巴特沃斯低通滤波器，获取工频交流。 3．2 车载逆变电源的硬件设计 车载逆变电源主要的硬件在于功率开关器件的选取。在Saber仿真环境中，前级DC升压主电路应选取低压大电流的开关器件，耐压要大于2．6倍的蓄电池电压，选取IRF1010EZ，其额定电流84 A，最大耐压60 V。逆变电路则相反，应选取高压小电流的功率开关管，本文选择IRFP460，500 V耐压，额定电流20 A。高频变压器选择TDK PC40EER42-Z磁芯，初级2匝，次级80匝，工作频率50 kHz。由于变压器工作在高开关频率下，副边整流二极管需要使用快恢复二极管MUR1660CT，其额定电流8 A，需几十纳秒的反向恢复时间。交流滤波电路选择巴特沃斯低通滤波器，截止频率是基波频率的2倍，为100 Hz，则由巴特沃斯滤波器设计特性可以计算出L=225 mH，C=22．5μF。 高压直流端需要进行低通滤波处理，在此选择三阶π型低通滤波器。对于高压直流端滤波，首先将频率进行归一化处理，取的电感