電容是指保持電荷的能力。任何靜電場都是由許多電容器組成的,當有靜電場時就有一個電容器。電容用靜電場來描述。一般認為,一個孤立的導體與無窮大形成電容,導體接地相當于連接到無窮大,并作為一個整體與大地相連。電容器主要具有以下四個功能:儲能、濾波、旁路和去耦。
1.電容是充電和放電。如何使用電容器的充電和放電來理解濾波、去耦和旁路
電容器與直流電分離,并通過交流電流動,這很容易理解,但通過交流電時很難理解。只要理解通過交流電,就可以理解濾波、去耦和旁路。
電容是充電和放電,這很好,但交流電流的方向在正負方向交替變化,振幅也周期性變化。整個變化圖像是一條正弦曲線。
電容器連接在交流電路中。由于交流電壓的周期性變化,它也在周期性變化。電路中存在充放電電流。充放電電流與電壓完全相同,只是相位比電壓提前90度,這相當于通過電容器的交流電流。
與通過電阻的交流電不同,通過電阻的交流電流消耗電阻上的電能(熱量),而通過電容器僅與電源交換能量。充電時,電源會將能量發(fā)送給電容器,放電時,電容器會將電能返回給電源,因此電壓乘以電流所產(chǎn)生的功率稱為無功功率。
應該清楚的是,當電容器連接到交流電路時,流動的電子(電流)并不會真正沖過絕緣層,而是在電路中產(chǎn)生電流。這是因為在電路中,反向放電和正向充電方向相同。
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而正向放電和反向充電是同一個方向,就像接力賽跑,一個團隊跑完交流電的正半周,另一個團隊接過接力棒繼續(xù)跑完交流電的負半周。
如果你知道電容器與交流連接,那么你就可以理解交流分量被旁路到地上,濾波器就完成了。
2.如何分別使用旁路電容器、濾波電容器和去耦電容器?
這三個術語的電容器實際上是濾波器,但它們在不同的電路中使用,它們的術語和用法不同。
濾波電容器:這是我們通常在電源整流后使用的電容器。正是電容器將整流電路的交流電整流為脈動直流電,并通過充電和放電使其平滑。這種電容器一般是大容量的電解電容器,在微觀層面。
旁路電容:用于濾除輸入信號中的高頻分量,主要用于濾除高頻雜波。它通常由瓷電容器和聚酯電容器制成,容量小,在皮法級別。
去耦電容:以輸出信號的干擾為濾波對象。去耦電容相當于電池。它可以用于充電和放電,這樣放大的信號就不會因為電流的突然變化而受到干擾。其容量取決于信號的頻率和紋波抑制的程度。
3.什么是耦合電容和去耦電容,它們的特性和功能是什么?
耦合電容用于傳輸交流信號。它在線路中連接。去耦電容用于去除無用的交流信號。一段連接在線路上,一端接地。
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4.電容的作用是什么?什么是電容耦合和電容濾波?
電容器在電路中的十八項技能歸根結(jié)底是兩項!充電荷!釋放電荷!
其特性就是通交流!隔直流!在電容器兩端加上交流電壓后,它將以電流的交流頻率連續(xù)充電和放電!此時,電路中有相同頻率的交流電!這是電容的開/關特性!
在頻率合適的情況下電容對電路可視為通路!前級交流輸出經(jīng)電容就可傳至后級電路!
而對直流來說它卻是隔絕的!因為兩端電壓充至與電路電壓相等時就不會再有充電電流了!
作用于前后級交流信號的傳遞時就是藕合!作用于濾除波動成分及無用交流成分時就是濾波!
審核編輯黃宇
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發(fā)表于 01-07 15:43
?179次閱讀
電源系統(tǒng)的建模仿真是電源開發(fā)過程中不可或缺的一環(huán),它可以幫助工程師模擬電源系統(tǒng),測試電源功能,驗證電源方案可行性,優(yōu)化電源電路設計,加速電源系統(tǒng)開發(fā)。
選擇一款合適的仿真軟件至關重要,本篇將對在電源仿真中的常用軟件為大家進行介紹。
電源仿真
01 電源仿真
電源仿真是指通過計算機仿真軟件對電源系統(tǒng)行為進行模擬和分析。仿真軟件利用數(shù)學模型和算法來模擬電路的工作過程,并通過計算得出電源系統(tǒng)的電路參數(shù),便于工程師驗證分析。
電源仿真為電源系統(tǒng)開發(fā)帶來很多便利 :
▍電源的設計與分析: 在電源方案制定過程中,可利用電源仿真手段輔助電源電路設計與分析,提升電源方案的制定效率與設計可靠性;
▍電源性能驗證: 在搭建實際電源系統(tǒng)前,可利用電源仿真對電源性能進行驗證,降低電源系統(tǒng)制造的試錯成本,有助于實際電源系統(tǒng)順利搭建;
▍電源故障排查: 電源仿真可用于排除工作不正常的電路,發(fā)現(xiàn)電源設計可能存在的故障,幫助工程師識別問題根源并快速解決問題;
▍電源優(yōu)化設計: 可以在仿真軟件上進行電源性能優(yōu)化方法驗證,有助于提升電路的性能、可靠性以及效率。
02 仿真流程
電源系統(tǒng)仿真大概可以分為仿真模型搭建、仿真參數(shù)設置、仿真模型運行以及仿真結(jié)果分析四部分內(nèi)容。
▍搭建仿真模型: 根據(jù)電源的設計方案結(jié)合具體仿真內(nèi)容在相應的仿真軟件中搭建仿真模型。
▍仿真參數(shù)設置: 按照電源方案中對電氣或電磁參數(shù)的設計對仿真模型參數(shù)進行設置。
▍仿真模型運行: 對仿真模型進行電源系統(tǒng)仿真,模型運行無誤后,獲得所需的電源參數(shù)。
▍仿真結(jié)果分析: 對仿真結(jié)果中關鍵電源參數(shù)進行分析,判斷是否符合預期。
仿真最重要的是搭建出符合實際情況的模型,并對仿真結(jié)果心中有數(shù),它不能替代計算和分析,用做驗證是合適的。
在前文「LLC諧振變換器仿真建模與控制策略分析」篇中,我們采用MATLAB中的電路仿真軟件包Simulink,對LLC諧振變換器電路進行了仿真建模,感興趣的工程師們可以去回顧一下,這里就不贅述了。
常用仿真軟件
在進行電源設備設計仿真時,會涉及到電路、電磁、熱學、力學方面的仿真。
電路仿真: 通過仿真軟件將電路的元件和連接關系轉(zhuǎn)化為數(shù)學模型,有效地理解和預測實際電路的性能和行為。
電磁仿真: 將電磁場問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學模型,對電磁場的行為和相互作用進行模擬和分析。
熱學仿真: 模擬熱量在設備中的傳遞,幫助設計更有效的散熱方案,防止過熱。
力學仿真: 模擬材料在力作用下的變形和應力,確保產(chǎn)品設計的強度和耐用性。
下面一起來認識一下這幾類電源仿真的常用軟件吧。
01 電路仿真軟件
▍ PSIM(Power Simulation)
PSIM是Powersim開發(fā)的趨向于電力電子領域以及電機控制領域的電路仿真軟件,支持開關器件高階非線性行為模型和開關器件SPICE模型。軟件運行速度快,建模能力好,比較適用于需要較長處理時間的模擬。
▍ Matlab/Simulink
Simulink是一個基于MATLAB的多域模擬和模型設計軟件,內(nèi)置大量封裝好的電源IC中常見的底層數(shù)模邏輯控制模塊,并附帶眾多專門針對電源應用的器件建模和分析模組,配合MATLAB的其他工具可進行復雜的建模和數(shù)理分析。軟件仿真精度高但仿真速度較慢,適合復雜數(shù)字控制與邏輯功能的實現(xiàn)。
▍ Pspice
Pspice是由美國加州大學推出的電路分析仿真軟件,可用于模擬各種類型的電源電路。軟件提供了直觀的用戶界面并可以自行建立元器件及元器件庫,仿真結(jié)果精度高,但是仿真速度較慢且軟件中專門針對電源的分析工具不足。
▍ LTspice
LTspice是ADI公司開發(fā)的一款電源仿真軟件、原理圖采集和波形觀測器,為改善模擬電路的仿真提供增強功能和模型。內(nèi)置ADI公司的大量器件模型,并支持自定義模型的導入。
▍ SIMPLIS
SIMPLIS是由Designers of SIMPLIS Technologies開發(fā)的一種基于時域部分線性化技術的電源仿真軟件,可進行電源系統(tǒng)的高效仿真,在閉環(huán)開關電源設計中使用廣泛。
02 電磁仿真軟件
▍ ANSYS
ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析軟件。針對開關電源的仿真解決方案,ANSYS軟件可以實現(xiàn)磁性部件性能仿真及電源電路系統(tǒng)性能仿真,從而在開關電源電路設計磁性器件性能優(yōu)化、EMI噪聲仿真方面提供幫助。
▍ Saber
Saber能夠全面分析電源系統(tǒng)的各項指標如環(huán)路頻率響應、功率管開關、磁性器件的工作情況。軟件采用硬件描述語言(MAST)和單內(nèi)核混合仿真方案,建立最精確、最完善的系統(tǒng)仿真模型。面向?qū)嶋H工程的復雜分析功能十分全面,但仿真速度慢。
03 熱學仿真軟件
▍ ICEPAK
ICEPAK軟件是由Fluent公司開發(fā),專門為電子產(chǎn)品工程師定制開發(fā)的電子熱分析軟件,能夠處理曲面幾何,采用fluent求解器,集成在ANSYS中。
▍ FLOTHERM
FLOTHERM軟件由Mentor Graphics公司開發(fā),是一款專門針對電子器件/設備熱設計而開發(fā)的仿真軟件,可以實現(xiàn)從元器件級、PCB板和模塊級、系統(tǒng)整機級到環(huán)境級的熱分析。
04 力學仿真軟件
▍ ANSYS Mechanical
ANSYS Mechanical 是一款用于結(jié)構分析的仿真軟件,集成在ANSYS中,能進行線性和非線性力學模擬,包括靜力學、動力學和疲勞分析,適合解決各種工程結(jié)構問題。
▍ ABAQUS
ABAQUS軟件是由達索公司開發(fā),是非線性有限元分析軟件,擅長處理復雜的工程問題,如材料的塑性、蠕變、疲勞等。
以上就是本期為大家分享的常用電源仿真軟件了。仿真軟件可以幫助工程師快速預測和解決潛在問題,提升電源系統(tǒng)開發(fā)效率,降低研發(fā)成本。但電源系統(tǒng)仿真項目多樣且各種仿真軟件層出,選擇仿真軟件時,需要綜合考慮項目需求、軟件功能及軟件易用性,從而實現(xiàn)高效仿真。
發(fā)表于 10-25 14:20
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