适用于SPICE电路仿真的脉冲频率调制器的行为模型

适用于spice电路仿真的脉冲频率调制器的行为模型
技术领域
1.本发明涉及spice行为模型建立、电力电子电路设计和闭环控制仿真技术领域，尤其是涉及的是一种适用于spice电路仿真的脉冲频率调制器的行为模型，用于实现电力电子变换器的spice电路闭环控制仿真。


背景技术：

2.脉冲频率调制算法广泛用于llc和lcc等电力电子谐振变换器的控制中，用于谐振变换器增益的调节。在谐振变换器谐振参数设计时，一般都是采用基波近似方法，在满足增益和软开关要求的前提下，设计谐振变换器参数。但是传统的基波近似方法仅仅在谐振频率附近具有较高的准确度，当开关频率偏离谐振频率后，采用基波近似方法无法计算出谐振变换器准确的增益。因此，当前工业界需要一种能够实现谐振变换器闭环仿真的方法，通过准确的时域仿真，得到不同工作条件和谐振参数下，谐振变换器的增益变化，从而得到正确的谐振参数设计。
3.为了实现谐振变换器的闭环控制仿真，就迫切需要可用于spice电路仿真的脉频调制器的行为模型。然而当前尚没有可用于spice电路仿真的脉冲频率调制器行为模型，本发明提出一种输出频率可调节且含死区时间的脉冲频率调制器行为模型，用于谐振变换器等电力电子谐振变换器的spice闭环控制仿真。


技术实现要素：

4.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及其他说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。
5.本发明的目的在于克服上述不足，提供一种适用于spice电路仿真的脉冲频率调制器的行为模型，该行为模型的输出频率具有可调节性且含有死区时间，用于谐振变换器等电力电子变换器的spice电路闭环控制仿真。
6.为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种适用于spice电路仿真的脉冲频率调制器的行为模型，该模型利用spice程序中的表达式功能建立脉冲频率调制器来模拟脉冲频率调制行为模型，该模型包括第一调制信号电路、第二调制信号电路、第三调制信号电路、第一比较器以及第二比较器。其中，该第一调制信号电路包括第一压控电压源、两个第一电压输入端、两个第一电压输出端，两个该第一电压输入端均与该第一压控电压源的输入端连接，两个该第一电压输出端均与该第一压控电压源的输出端连接，一该第一电压输出端与第一比较器连接，另一该第一电压输出端接地；该第二调制信号电路包括第二压控电压源、两个第二电压输入端、两个第二电压输出端，两个该第二电压输入端均与该第二压控电压源的输入端连接，两个该第二电压输出端均与该第二压控电压源的输出端连接，一该第二电压输出端与第一比较器和第二比较器连接，另一该第二电压输出端接地；该第三调制信号电路包括第三压控电压源、两个第三电压输入端、两个第三电压输出端，两个该
第三电压输入端均与该第三压控电压源的输入端连接，两个该第三电压输出端均与该第三压控电压源的输出端连接，一该第三电压输出端与第二比较器连接，另一该第三电压输出端接地。
7.优选的，该第一电压输入端、该第二电压输入端、该第二电压输入端所输入的电压信号均为第一电压信号和第二电压信号，该第一电压信号为与输入脉冲频率调制器的控制频率等值的电压信号，该第二电压信号为与输入脉冲频率调制器的死区时间等值的电压信号。
8.优选的，该第一压控电压源用于生成输出脉冲的第一调制信号，该第二压控电压源用于生成输出脉冲的第二调制信号，该第三压控电压源用于生成输出脉冲的第三调制信号。
9.优选的，该第二调制信号为三角载波调制信号。
10.优选的，该三角载波调制信号的计算公式为
[0011][0012]
上式中，函数abs()是求取绝对值函数，time是spice仿真时间，vf为第一电压信号，t
dt
为死区时间。
[0013]
优选的，该第一调制信号的计算公式为
[0014][0015]
上式中，vf为第一电压信号，v
dt
为第二电压信号。
[0016]
优选的，该第二调制信号的计算公式为
[0017][0018]
上式中，vf为第一电压信号，v
dt
为第二电压信号。
[0019]
优选的，该第一调制信号与该第二调制信号经过该第一比较器处理后，生成第一脉冲信号；该第三调制信号与该第二调制信号经过该第二比较器处理后，生成第二脉冲信号。
[0020]
优选的，该第一脉冲信号与该第二脉冲信号是互补的。
[0021]
优选的，该第一脉冲信号与该第二脉冲信号的脉冲周期均为输入控制频率周期的倒数与两倍死区时间之和。
[0022]
通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：
[0023]
1.本发明中压控电压源的电压输入端输入的是两个电压信号，一个为与输入脉冲频率调制器的控制频率等值的电压信号，另一个为与输入脉冲频率调制器的苏区时间等值的电压信号，使得该行为模型输出的频率具有可调节性且含有死区时间。
[0024]
2.本发明设置有三个调制信号，一个为受输入控制频率和死区时间调节的三角载波信号，另外两个为受输入控制频率和死区时间控制的调制信号，将两个调制信号分别与三角载波信号进行对比与分析，从而输出两个互补的脉冲信号，最终得到脉冲调制器行为模型。
[0025]
3.本发明具有结构简单，仿真速度快，仿真精度高。
[0026]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
[0027]
无疑的，本发明的此类目的与其他目的在下文以多种附图与绘图来描述的较佳实施例细节说明后将变为更加显见。
[0028]
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一个或数个较佳实施例，并配合所示附图，作详细说明如下。
附图说明
[0029]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0030]
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，并且附图是示意性的，并不一定按照实际的比例绘制。
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个或数个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据此类附图获得其他的附图。
[0032]
图1为一种适用于spice电路仿真的脉冲频率调制器的行为模型示意图；
[0033]
图2为一种适用于spice电路仿真的脉冲频率调制器的行为模型的信号示意图。
具体实施方式
[0034]
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0035]
同时，在以下说明中，处于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
[0036]
本实施例提供了一种适用于spice电路仿真的脉冲频率调制器的行为模型，该模型利用spice程序中的表达式功能建立脉冲频率调制器来模拟脉冲频率调制行为模型，该模型包括第一调制信号电路、第二调制信号电路、第三调制信号电路、第一比较器comp1以及第二比较器comp2。
[0037]
该第一调制信号电路包括第一压控电压源vcvs1、两个第一电压输入端、两个第一电压输出端，两个该第一电压输入端均与该第一压控电压源vcvs1的输入端连接，两个该第一电压输出端均与该第一压控电压源vcvs1的输出端连接，一该第一电压输出端与第一比较器comp1连接，另一该第一电压输出端接地。
[0038]
该第二调制信号电路包括第二压控电压源vcvs2、两个第二电压输入端、两个第二电压输出端，两个该第二电压输入端均与该第二压控电压源vcvs2的输入端连接，两个该第二电压输出端均与该第二压控电压源vcvs2的输出端连接，一该第二电压输出端与第一比
较器comp1和第二比较器comp2连接，另一该第二电压输出端接地。
[0039]
该第三调制信号电路包括第三压控电压源vcvs3、两个第三电压输入端、两个第三电压输出端，两个该第三电压输入端均与该第三压控电压源vcvs3的输入端连接，两个该第三电压输出端均与该第三压控电压源vcvs3的输出端连接，一该第三电压输出端与第二比较器comp2连接，另一该第三电压输出端接地。
[0040]
该第一电压输入端、该第二电压输入端、该第二电压输入端所输入的电压信号均为第一电压信号vf和第二电压信号v
dt
，该第一电压信号vf为与输入脉冲频率调制器的控制频率fs等值的电压信号，该第二电压信号v
dt
为与输入脉冲频率调制器的死区时间t
dt
等值的电压信号。
[0041]
该第一压控电压源vcvs1用于生成输出脉冲的第一调制信号v
mod1
，该第二压控电压源vcvs2用于生成输出脉冲的第二调制信号v
sw
，该第三压控电压源vcvs3用于生成输出脉冲的第三调制信号v
mod2
。
[0042]
该第二调制信号v
sw
为受输入控制频率fs和死区时间t
dt
调节的三角载波调制信号v
sw
，该三角载波调制信号v
sw
的计算公式为
[0043][0044]
上式中，函数abs()是求取绝对值函数，time是spice仿真时间，vf为第一电压信号，t
dt
为死区时间。
[0045]
该第一调制信号v
mod1
是受输入控制频率fs和死区时间t
dt
的控制的，其计算公式为
[0046][0047]
上式中，vf为第一电压信号，v
dt
为第二电压信号。
[0048]
该第二调制信号v
mod2
是受输入控制频率fs和死区时间t
dt
的控制的，其计算公式为
[0049][0050]
上式中，vf为第一电压信号，v
dt
为第二电压信号。
[0051]
该第一调制信号v
mod1
与该第二调制信号v
sw
经过该第一比较器comp1处理后，生成第一脉冲信号pwm1；该第三调制信号v
mod2
与该第二调制信号v
sw
经过该第二比较器comp2处理后，生成第二脉冲信号pwm2。
[0052]
该第一脉冲信号pwm1与该第二脉冲信号pwm2是互补的。
[0053]
该第一脉冲信号pwm1与该第二脉冲信号pwm2的脉冲周期均为输入控制频率fs周期的倒数与两倍死区时间t
dt
之和。
[0054]
本实施例的工作原理：
[0055]
在第一压控电压源的两个电压输入端分别输入vf和v
dt
(vf和v
dt
分别是与输入脉冲频率调制器的控制频率fs和死区时间t
dt
等值的电压信号)，经过第一压控电压源的控制，生成第一调制信号v
mod1
，第一调制信号v
mod1
从第一压控电压源的一个电压输出端输出且流入第一比较器comp1中；
[0056]
在第二压控电压源的两个电压输入端分别输入vf和v
dt
(vf和v
dt
分别是与输入脉冲
频率调制器的控制频率fs和死区时间t
dt
等值的电压信号)，经过第二压控电压源的调节与控制，生成第二调制信号v
sw
(即三角载波信号v
sw
)，第二调制信号v
sw
从第二压控电压源的一个电压输出端输出且流入第一比较器comp1与第二比较器comp2中；
[0057]
在第三压控电压源的两个电压输入端分别输入vf和v
dt
(vf和v
dt
分别是与输入脉冲频率调制器的控制频率fs和死区时间t
dt
等值的电压信号)，经过第二压控电压源的控制，生成第三调制信号v
mod2
，第三调制信号v
mod2
从第三压控电压源的一个电压输出端输出且流入第二比较器comp2中；
[0058]
第一调制信号v
mod1
与三角载波信号v
sw
在第一比较器comp1中，经过比对与分析，输出第一脉冲信号pwm1，第二调制信号v
mod2
与三角载波信号v
sw
在第二比较器comp2中，经过比对与分析，输出第二脉冲信号pwm2，第一脉冲信号pwm1与第二脉冲信号pwm2互补形成脉冲频率调制器的行为模型，该行为模型的输出频率具有可调节性且含有死区时间，用于谐振变换器等电力电子变换器的spice电路闭环控制仿真。
[0059]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，该存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory,rom)或随机存储记忆体(random accessmemory,ram)。