原创《电力电子技术仿真中的Saber运用》
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【摘 要】 随着科技的不断发展,我国很多教育都在引进仿真技术,来提高目前的教育质量.电力电子技术和变流电路相关的原理还是有差别的,电力电子技术主要内容是关于功率元件门级特性和驱动电路方面的.本文主要分析的是Saber 软件在教学中的应用,包括参数设计、软件建模和仿真技术等内容.
【关键词】 电力电子技术 仿真技术 Saber
电力电子技术相关课程涉及到多种学科的知识,它在高校电气工程相关专业中已经成为不可缺少的专业课,而且培养这方面的人才非常具有前沿性.电力电子技术课程包含电路原理、功率元件描述、波形分析等相关内容.如果教师在该课程中能够充分发挥多媒体教学资源的作用,同时加入仿真演示,将会让学生更加直观的了解电力电子功率使用的元件和电路原理内容等.
一、Saber 软件的概述
Saber 是有美国的Synopsys 公司将模拟和混合信息号相结合研发的一种仿真软件,它可以在不同型号的混合系统中实现仿真,该软件主要被电机学、电力电子、机械等专业教学应用.Saber 软件中包含Simulator、Coos、Sketch、Scope 等功能模块,这些可以实现多层次的设计、波形显示、仿真测试、电路仿真模拟等功能,该软件中的器件库中包括很多电力电子相关的器件模型,而且它还拥有一些集成电路芯片.在实际的应用情况中,Saber 的模型库中所拥有的模型是有限的,这些模型是无法满足用户所有的集成电路模型的,所以,这时就需要使用MAST 语言来对硬件进行设计.
该语言主要是通过微分方程（组）、线性或是非线性代数来实现对象的建模.而且一些IC 生产商为了给用户提供更好的服务,在相应的网站上提供了一些关于Saber 软件的模型,用户可以通过网络下载进而使用,这样对仿真系统进行操作就更加方便了.在利用仿真技术进行模型教学时,可以变换不同类型的分析方法,其中包括AC 分析、瞬态分析、DC分析方法、傅立叶分析等,而且在对仿真演示分析完之后,还可以利用Coos Scope 对每个节点相关信息号进行观测.Saber 仿真技术在很多领域被使用,而且该软件的操作比较简单,所以,在电力电子专业教学中使用该工具,更有利学生对相关教学内容的理解和掌握,同时提高学生的实践能力.
二、辅助教学课堂设计
本文会通过对“电力电子技术”相关内容对Saber 软件在教学中的应用进行分析,分析其对教学中遇到的难题的帮助,以及对相关教学设计的辅助.详细分析见表1.
三、教学实际案例——SAber 仿真分析Boost APFC 内容
在电力电子技术课程中直流斩波的内容非常重要,而且升压斩波的电路是非常典型的线路.本文将会对升压型相关的有源功率中的因数Boost APFC 进行矫正分析,根据Saber仿真相关技术进行分析.本文分析的APFC 技术相关的升压型指标有：输出的额定功率P0等于120W,其中输出的电压则是V0等于400W&plun;10%,输入的电压是Vin等于85~265Vac/50Hz,还有工作的频率f等于30~300kHz,其中效率η>0.9 的.
1）构建仿真的模型.首先打开saber sketch,之后建立一个新的Sch 相关文档,然后利用parts gallery 工具栏对需要的元器件进行搜索,这样就可以建立升压APFC 相关的Saber 模型了,详见图1. 在图片中线性的变压器拥有的初级电感值是291μH,而次级的电感值则是32μH,其中初次级相关匝数的比值是9:1.
2） 电感的选择.因为当电流达到高峰值时所进行的导线损耗是比较高的,所以在设计电感时需要将开关的周期由零开继续.想要实现零点的时间有输入线路的电感和电压决定,这两者对工作的频率范围也要影响.设计电感是根据最小线路中的电压与开关的最低频率状态中出现的最大文波电流而进行的.本文分析的开关频率f等于65kHz,所以可以得出需要的电感值是：
3) 开关管的功率选择.开关管相关的功率分析,主要是利用漏极电流、漏原极之间有关的击穿电压、导通的电阻等来进行选择.其中输出的电压V0等于400V,本文选择的耐击穿电压是VDS等于600V 的MOS 管中的SPW20N60S5.
4）选择续流的二级管D.选择续流二级管可以通过反向击穿的电压、轨迹的功率、正向的电流来进行.本文选择的是BYV260C,它的导通时间相对较短,这样让MOET管的两端受到的正向电压时间会减少,这样有利于MOET减少它的热应力.
5）选择电阻R4、R5 的分压.使用R4 和R5 将APEC 输出的电压进行分压,同时将分压引入到误差放大器相对应的反向输入端,而该放大器是属于一个高增益性的运算放大器.利用虚地相关原理对输出的电压进行计算：
在公式中已经指导V0 的值,就会得到对应的R4 和R5相关的值,通常都是选择较大的电阻值,来减少相应的功耗.因为V0等于400V,所以去R4等于1MΩ,R5等于6.3kΩ.
6）电容C0 的选择.其中V0等于400V,而电容能量储存相关参数需要保持的时间是20ms,根据这些数据得出电容需要的储能是ΔE等于0.48J（本文得到的功率则是120W）,其中输出的最小电压是360V, 而输出的最大电压则是440V,那么得出的电容值是
本文所取的电容值则是100μF.
7）仿真结果.根据图1 中建立的相关电路模型进行时域相关内容分析,包含的仿真参数有：End time（截断的时间）：120ms；先进行的DC 分析（Run DC Analysis First）：选择的是Yes; 仿真的步长（Step）：10μs；截断最大的误差（MaxTruncation Error）：100μs,其他的相关数值是默认值.
根据图2 得出电流和电感的波形是呈现正弦波的状态与理论分析相对应；图3 中说明电压稳定,而文波的波动范围在规定的设计指标范围内；图4 说明电流的相关波形随着电压的波形变动而变动,拥有很高的PF 值.
结语：通过Saber 仿真技术在电力电子技术专业课程中的应用发现,学生在该技术的使用中,对电路相关的基础知识掌握的非常牢固,而且学生的实际操作能力也逐渐提高.所以,在教学中使用Ser 仿真技术,对提高学校教学效率有非常大的帮助.
电子技术论文参考资料：
本文总结:上述文章是一篇关于电力电子技术和Saber和仿真方面的电子技术论文题目、论文提纲、电子技术论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
