摘要：科學(xué)技術(shù)水平的提高，使諸多電力電子設(shè)備被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，極大推動(dòng)了各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。由于電力電子電路的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期往往較長(zhǎng)，對(duì)電力電子電路的參數(shù)修改較為麻煩等缺陷，致使電力電子電路的設(shè)計(jì)產(chǎn)品在精度與可靠性方面受到很大影響。對(duì)電力電子電路的I波形與V波形進(jìn)行波形分析，能夠?yàn)殡娏﹄娮与娐返膬?yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)的指導(dǎo)，但由于其I波形與V波形較為復(fù)雜，這使波形分析面臨著很大的困難。因此必須采取相應(yīng)的措施來予以改進(jìn)，而Multisim技術(shù)的出現(xiàn)為電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了全新的方向。為此，本文便基于Multisim技術(shù)對(duì)電力電子電路的相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入的研究與探討。

關(guān)鍵詞：Multisim技術(shù);電力電子電路;優(yōu)化設(shè)計(jì)

在電力電子電路設(shè)計(jì)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(duì)電路的工作原理及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入理解，并能夠?yàn)殡娏﹄娮与娐返脑O(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)。波形分析法需要對(duì)電力電子電路中的相關(guān)部件在電壓與電流經(jīng)過時(shí)所產(chǎn)生的波形進(jìn)行準(zhǔn)確畫出，設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)波形圖來對(duì)電力電子電路中的相關(guān)部件的電壓、電流承受上限及各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)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(guān)鍵在于是否能夠?qū)﹄妷弘娏鞑ㄐ芜M(jìn)行準(zhǔn)確畫出。不過，在某種特殊情況下，特別是電路處于臨界狀態(tài)時(shí)，波形分析法難以對(duì)波形進(jìn)行準(zhǔn)確畫出，而這就需要利用試驗(yàn)的方式來對(duì)電壓波形進(jìn)行確定，但在試驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)環(huán)境與成本的影響會(huì)給波形的測(cè)定帶來很大困難，這不利于電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。而計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展使眾多功能強(qiáng)大的應(yīng)用軟件有了用武之地，特別是Multisim軟件的應(yīng)用，對(duì)電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)有著極為明顯的優(yōu)勢(shì)。

1Multisim技術(shù)概述

Multisim技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為載體而研發(fā)的一種虛擬軟件技術(shù)，它能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)的電力電子電路設(shè)計(jì)過程中存在的缺陷，極大程度的提高了電力電子電路設(shè)計(jì)的科學(xué)性與可靠性。采用Multisim軟件能夠?qū)﹄娏﹄娮与娐返墓δ苓M(jìn)行仿真模擬，并為電力電子電路的設(shè)計(jì)提供了良好的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境，使電力電子電路的設(shè)計(jì)、仿真分析、功能測(cè)試等相關(guān)工作得以順利開展。在Multisim軟件中包含多達(dá)數(shù)千個(gè)器件模型與虛擬元器件，并且包含了大量的虛擬電子設(shè)備，對(duì)這些電子設(shè)備的操作與設(shè)計(jì)就仿佛是在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)一樣，進(jìn)而為設(shè)計(jì)人員提供了非常全面的分析工具，除此之外，它還能夠?qū)υO(shè)計(jì)好的電力電子電路電路進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)分析，從而有效突破了實(shí)驗(yàn)室的客觀局限性。

2基于Multisim技術(shù)的電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)人員在使用Multisim軟件對(duì)電力電子電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，其設(shè)計(jì)思路共分為以下幾個(gè)步驟，首先，按照用戶的需求及相關(guān)設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合電路的基本工作原理，以此畫出相應(yīng)的電路原理圖，對(duì)于由大量電路組成的復(fù)雜系統(tǒng)來說，應(yīng)將系統(tǒng)按照分層電路與子電路的方法來畫出該系統(tǒng)的原理框圖。其次，在Multisim軟件的元件庫(kù)中找出能夠滿足設(shè)計(jì)要求的相關(guān)元器件，然后切換到電路窗口中對(duì)畫出的電路原理圖進(jìn)行構(gòu)建，并對(duì)相關(guān)元器件的尺寸及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與調(diào)整。

再次，將需要對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試的相關(guān)儀器進(jìn)行添加，并在軟件中對(duì)構(gòu)建好的仿真電路進(jìn)行運(yùn)行，在電路運(yùn)行過程中，設(shè)計(jì)人員要對(duì)電路的仿真測(cè)試結(jié)果進(jìn)行全過程的監(jiān)測(cè)與觀察。最后，切換到Multisim軟件的分析窗口，對(duì)相應(yīng)的分析方法進(jìn)行選擇，然后將該分析方法應(yīng)用到仿真測(cè)試結(jié)果的分析處理工作當(dāng)中去，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的性能分析與評(píng)估。采用Multisim軟件來對(duì)設(shè)計(jì)的電力電子電路進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，不僅操作較為簡(jiǎn)單，而且不需要進(jìn)行大量的編程操作，它能夠?qū)﹄娐返奈锢憩F(xiàn)象及概念進(jìn)行直觀的反映，既能夠?qū)﹄娐返臉?gòu)造進(jìn)行仿真構(gòu)建，又能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的分層電路與子電路的仿真構(gòu)建，從而組建出功能多種多樣的仿真系統(tǒng)。此外，設(shè)計(jì)人員還能夠?qū)﹄娐分械南嚓P(guān)元件參數(shù)進(jìn)行隨時(shí)修改，從而使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)﹄娏﹄娮与娐吩谳斎胼敵鲂盘?hào)時(shí)所產(chǎn)生的波形、失真情況、頻譜特性、頻域等現(xiàn)象進(jìn)行觀察與分析，進(jìn)而找出最佳的電力電子電路優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。由此可見，基于Multisim技術(shù)的仿真設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)相比，在系統(tǒng)性、科學(xué)性、綜合性上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)，這也使其更能有效適用于電路級(jí)的仿真設(shè)計(jì)工作。

3基于Multisim技術(shù)的電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例分析

為了對(duì)基于Multisim技術(shù)的電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性及準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，本文以Buck直流降壓變換器作為實(shí)例來進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)要求規(guī)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(dòng)幅度為±100mV，工作頻率為30千赫茲，負(fù)載功率在20W至200W之間，工作狀態(tài)為CCM。設(shè)計(jì)過程如下，首先在Multimis軟件元件庫(kù)中對(duì)元器件進(jìn)行選擇，然后切換至電路工作區(qū)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(shè)置成0.6，之后對(duì)設(shè)計(jì)的電路及其參數(shù)設(shè)置情況進(jìn)行檢查，然后利用Multimis軟件對(duì)該電路進(jìn)行仿真測(cè)試，通過仿真測(cè)試能夠使設(shè)計(jì)人員對(duì)變換器電路中的各個(gè)點(diǎn)所產(chǎn)生的波形進(jìn)行直觀的觀察，然后根據(jù)觀察結(jié)果，結(jié)合設(shè)計(jì)要求對(duì)該變換器的電路濾波電容量及儲(chǔ)能電感量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使其能夠達(dá)到1，然后對(duì)電流在臨界狀態(tài)下的連續(xù)時(shí)進(jìn)行設(shè)定，查看其是否滿足要求，并根據(jù)波形圖對(duì)開關(guān)元件及續(xù)流二極管的濾波電容量與儲(chǔ)能電感量進(jìn)行計(jì)算，最終仿真測(cè)試獲得該變換器處于CCM狀態(tài)時(shí)，其臨界電感量是0.2mH，能夠滿足設(shè)定的電流臨界連續(xù)時(shí)要求，其最小濾波電容量值為55.6μF，將仿真測(cè)試獲得的驗(yàn)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(shè)計(jì)中，對(duì)于三相半波有波逆變失敗后所產(chǎn)生的波形是不能通過實(shí)驗(yàn)的方式來測(cè)得的，因此只能通過理論分析方法進(jìn)行計(jì)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(jié)語(yǔ)

基于Multisim技術(shù)的電力電子電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅避免了復(fù)雜繁瑣的公式推導(dǎo)，也使電力電子電路的設(shè)計(jì)流程大大簡(jiǎn)化，極大程度的提高了電力電子電路的設(shè)計(jì)水平，使設(shè)計(jì)人員對(duì)電力電子電路的設(shè)計(jì)更有依據(jù)，突破了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室限制，加強(qiáng)了理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合。

參考文獻(xiàn)

[1]文亞鳳.基于雙環(huán)控制功率逆變橋系統(tǒng)的Multisim仿真與分析[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2005,(07):73-75.

[2]于京生,陳永志,康元元.Multisim仿真軟件在模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].石家莊學(xué)院學(xué)報(bào),2011,13(06):46-50.

[3]姜鳳利,陳春玲,黃蕊.Multisim仿真在電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2015,18(05):89-91+96.

作者:劉麗平           單位:南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院