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1、2012年3月广西师范学院学报:自然科学版Mar.2012第29卷第1期JournalofGuangxiTeachersEducationUniversity:NaturalScienceEditionVol.29No.1文章编号:1002-8743(2012)01-0051-07＊①基于PLECS的Boost电路热分析1211刘桂英,杨艳玲,王华华,戴海清(1.广西师范学院物理与电子工程学院,广西南宁530023;2.柳州职业技术学院,广西柳州545005)摘要:电力电子器件热分析是当今电力电子技术研究的一个重要发展方向.该文以PLECS软件为平台,以Boos
2、t电路为对象,对开关器件进行热分析.借助于PLECS的热模块对开关器件的温度、开关损耗和导通损耗进行分析,提出一种新的热损耗分析方法,为实际器件选择和散热器设计提供参考.关键词:Boost电路;PLECS;热分析中图分类号:TM74文献标识码:A1引言电力电子器件热分析是当今电力电子技术研究的一个重要发展方向,尤其是随着大功率器件电路应用越来越广泛,器件的热分析显得非常重要,是当今的一个研究热点.PLECS是一款用于电路和控制结合的多功能仿真软件,由瑞士PLEXIMGmbH公司开发,非常适用于电力电子和传动系统仿真分析.PLECS以其准确快速的性能、友好的操作界
3、面、独特的热分析功能、C语言控制器和诸多强大的波形分析工具等众多优势,成为当今电力电子工程师追捧的一款仿真软件.本文借助于PLECS的热模块对Boost电路的开关器件进行热分析,避免了繁琐的理论分析和公式推导,提出了一种新的热分析方法.2电气特性仿真分析利用PLECS软件的元件库,建立Boost变换器的仿真电路,如图1所示.图中电气参数L=1.0e-①收稿日期:2011-03-12基金项目:广西自然科学基金(桂科自0991103);广西教育厅科研项目(201010LX283);广西科学研究与技术开发计划资助项目(桂科攻10100002-8)作者简介:刘桂英,教授
4、,硕士生导师,研究方向:电力电子与电力传动、计算机应用技术.·52·广西师范学院学报:自然科学版第29卷4H,C=200e-6F,R=5Ψ,电源电压u1=24V.改变占空比D大小,分别为D=0.3和0.7时,对电路进行仿真分析,输出电压和输入电流波形如图2和图3所示.为了解决得到稳态波形需要运行很长时间的问题,PLECS软件设计了稳态运行分析功能,可以直接进入稳定运行分析,图4和图5就是利用此功能,占空比D=0.3和0.7时输入电流和输出电压的稳态波形.从图中可以看出:(1)由于输入端有电感,输入电流连续,EMI小,总谐波失真小.u1(2)输出电压大于输入电压峰
5、值,符合u2=关系,与理论分析一致.D(3)D=0.3时,电压在33.5V～34.6V波动,变化量为1.1V;而D=0.7时,电压在45V～61V波动,变化量为6V.随着占空比的增大,电压纹波增大.利用图1仿真电路,还可对电路进行深入分析,比如改变电感L值,观察CCM和DCM运行模式下电流波形;分别改变电容C和负载电阻R值,观察输入电流、输出电压波形的变化情况,进行频谱分析;观察开关器件和二极管电流电压波形,深刻理解开关器件电压应力情况,全面理解Boost电路的特性.由于本文主要讨论热分析,在此不做展开说明.3热仿真分析借助PLECS的Thermal模块库里的散
6、热板HeatSink、热阻和热容ThermalChain、热流仪表Wm第1期刘桂英,等:基于PLECS的Boost电路热分析·53·和热常数TconstG等模块,构成热分析等效回路仿真图,散热板内部由一个理想热流和热容并联组成,如图6所示.散热板的热阻和热容值取决于散热器的结构、尺寸大小和材料,以及空气流动状态,在仿真图中,热回路的参数设置如图7和图8所示.散热板的初始温度、环境温度和热常数TconstG模块温度相同,设为25℃.3.1热描述文件建立根据IGBT和二极管的数据手册,建立器件的热描述文件,IGBT的参数设置和热描述文件图如图9和图10所示.·54·
7、广西师范学院学报:自然科学版第29卷3.2温度测量分析为了测得IGBT和散热板的温度,利用探测模块Probe提取它们的温度信息,送入示波器显示,如图13所示.探测模块Probe提取IGBT和散热器相关信息如图14和图15所示.PLECS散热器吸收包含在其边界内的所有元件的开关和传导损耗,位于散热器上的所有器件有相同的温度,如图16和图18所示,因为二极管与IGBT位于同一散热器上,所以两者具有相同的温度特性.D=0.3和D=0.7时IGBT和散热板温度波形如图16～图19所示.第1期刘桂英,等:基于PLECS的Boost电路热分析·55·另外,从图17和图19中
8、看出,占空比D=0.3时
