Simularea Convertoarelor Cvasirezonante de Tip Boost

Simularea convertoarelor cvasirezonante de tip boost

In ultima perioada s-a ajuns la o dezvoltare intensiva a tehnicii de calcul,

care a condus la perfectionarea continua a programelor de analiza a circuitelor

electrice, utilizand puterea de calcul din ce in ce mai mare a calculatoarelor.

Unul dintre cele mai puternice instrumente de analiza in domeniul

electronicii il constituie pachetul de programe PSPICE dezvoltat de firma

MicroSim. Simularea circuitelor cu ajutorul acestui pachet de programe a devenit

un adevarat standard al analizei de circuit utilizat atat in proiecatre, cat si in

domeniul educational.

Simularea unui circuit presupune transpunerea acestuia intr-o schema

adecvata programului de analiza. Elementele de circuit sunt descrise de modele

corespunzatoare functionarii acestora. Programul PSPICE dispune de o biblioteca

impresionanta de modele de componente, printre care si un numar semnificativ de

modele ale elementelor de circuit utilizate in electronica de putere.

Prezenta dispozitivelor semiconductoare in componenta convertoarelor de

putere conduce la ideea utilizarii modelelor corespunzatoare acestor dispozitive.

Simularea convertoarelor de putere modelate corespunzator permite efectuarea

unor analize la nivel de dispozitiv, cum ar fi studiul pierderilor de comutatie si de

conductie ale dispozitivelor semiconductoare, studiul comportarii circuitelor de

protectie, evaluarea marimilor cu grad de pericol ridicat pentru componente, etc.

Modelarea la nivel de dispozitiv are insa si cateva dezavantaje, dintre care

sunt de remarcat urmatoarele:

– dispozitivele active de putere sunt descrise in aceste modele ca surse

neliniare comandate cu ajutorul unor functii ce contin termeni

exponentiali, ceea ce impune pentru efectuarea analizei efectuarea

unor calcule relativ complicate realizate cu un pas mic de integrare

numerica si generarea unor secvente mari de date;

– utilizarea circuitelor rezonante care pot lucra la frecvente mari

determina cresterea timpului de simulare, impusa de necesitatea

ajustarii corespunzatoare a timpului de integrare.

Pentru rezolvarea problemelor ridicate de analiza la nivel de dispozitiv, parametrii

de analiza ai programului PSPICE trebuie ajustati corespunzator. Astfel, valorile

recomandate pentru simularea convertoarelor de putere la nivel de dispozitiv sunt:

– eroarea absoluta de calcul a curentilor din laturile

circuitului(ABSTOL): 0.1μ A-10μ A;

– eroarea absoluta de calcul a tensiunilor din nodurile

circuitului(VNTOL): 1μ V si 1mV;

– eroarea relativa de calcul a curentilor sau tensiunilor(RELTOL):

0.0001 si 0.01;

– numarul maxim de iteratii posibil pe parcursul intregii analize a

regimului tranzitoriu(ITL5): ∞.

Simularea modului de functionare al convertorului de

tip BOOST

Figura 1

Pentru realizarea simularii convertorului de tip BOOST, circuitul se

modeleaza conform schemei de tip PSPICE reprezentata in figura .1

Comutatorul comandat din structura convertorului este implementat in schema

PSPICE cu un comutator comandat in tensiune, S, a carui functionare este

descrisa de modelul Sbreak, avand urmatoarele caracteristici: R=0.01Ω,

Roff=10MΩ, Von=lV, Voff=1V.

Pentru asigurarea conductiei intr-un singur sens al curentului prin

comutatorul comandat, acesta este inseriat cu dioda DS care utilizeaza parametrii

implicati ai modelului de dioda disponibil in programul PSPICE, cu exceptia

rezistentei serie a acesteia care este setata la o valoare egala cu Rs=0.1 Ω.

Acelasi model caracterizeaza si dioda D din structura propriu-zisa a

convertorului. Inductanta L, condensatorul C si rezistenta de sarcina R sunt

modelate cu componentele corespunzatoare din biblioteca de componente a

programului, avand valorile specificate in figura 1. Pentru inceput, valorile

initiale ale curentului prin inductanta L si respectiv ale tensiunii de la bornele

condensatorului C, nu sunt setate, ele fiind considerate implicit de catre program

ca fiind egale cu zero. Tensiunea continua de la intrarea convertorului de tip

BOOST este asigurata prin intermediul sursei de tensiunede tip VSRC, de valoare

VIN=30V.

Pentru comanda comutatorului S este utilizata o sursa de tensiune

dreptunghiulara de tip PULSE, cu urmatoarele caracteristici:

– VCOM: Vl=-1V, V2=lV, TD=0s, TR=0.1μ s, TF=0.1μ s, PW=60μ s,

PER=0.2ms.

Pentru a realiza simularea convertorului de tip BOOST, schema PSPICE

reprezentata in figura 5.1 este supusa unei analize de regim tranzitoriu,

caracterizata de urmatorii parametri:

– timp de analiza: 10ms, pas de tiparire: 0.1μ s, pas maxim de integrare:

0.1μ s.

Descrierea SPICE a circuitului este :

R_R 0 N00055 10

D_D N00037 N00055 Dbreak

D_DS N00015 0 Dbreak

L_L N00111 N00037 10m IC=0

C_C 0 N00055 100u

S_S N00037 N00015 N00150 0 Sbreak

RS_S N00150 0 1G

V_VCOM N00150 0

+PULSE -1 1 0 0.1u 0.1u 60u 0.2m

V_VIN N00111 0 DC 30

Evolutia curentului prin inductanta L si a tensiunii de la bornele

condensatorului C (si respectiv a tensiunii de iesire) pe parcursul intervalului de

timp analizat sunt reprezentate in figura .2 :

Figura 2

Pentru a evita efectuarea simularii pe un interval nesemnificativ mai mare

decat perioada de comutare t, in schema PSPICE a circuitului se pot seta valorile

initiale ale curentului prin inductanta L si tensiunii de la bornele condensatorului

C, fie determinand prin calcul aceste valori, fie extragand valorile necesare in

urma simularii considerate anterior.