电力电子仿真：系统软件

印刷板温度 场的表面分 析
分层分析
功率消耗分析
器件温度分析
选择EXCESS Temperture显示器件超过预定的温度限的多少，此时 显示器件超过预定的温度限的多少， 选择 显示器件超过预定的温度限的多少 用鼠标左键点击所关心的器件可以得到该器件的详细信息。 用鼠标左键点击所关心的器件可以得到该器件的详细信息。如选择 CR4该器件结温限制为 度但实际为 度，所以必须改进设计。 该器件结温限制为90度但实际为 该器件结温限制为 度但实际为114度 所以必须改进设计。
软件可以与CAD接口 接口ITBW接口，即通过电子电路仿真 接口， 该BSBW软件可以与 软件可以与 接口 接口 后所确定的电路直接生成印刷电路板布置图形文件 *.inp，从而 ， 进行研究；也可以独立运行根据自己设计的电路进行仿真。 进行研究；也可以独立运行根据自己设计的电路进行仿真。
下图所示为软件的主菜单，和一个电源的印刷电路图。其中 下图所示为软件的主菜单，和一个电源的印刷电路图。其中View 子菜单显示软件可以进行的各种分析，由上而下分别是表面（包 子菜单显示软件可以进行的各种分析，由上而下分别是表面（ 括正面和背面）分析和层分析；分析种类：器件名称，消耗功率， 括正面和背面）分析和层分析；分析种类：器件名称，消耗功率， 改进，温度，超温，印刷板的温度场和梯度场。 改进，温度，超温，印刷板的温度场和梯度场。
该软件包括印刷板设计(BoardSim)和传输线仿真（LineSim）使设 和传输线仿真（ 该软件包括印刷板设计 和传输线仿真 ） 计人员可以在印刷电路设计的整个过程中发现问题， 计人员可以在印刷电路设计的整个过程中发现问题，从而加快设计 过程降低开发费用。 过程降低开发费用。 传输线仿真使设计人员可以在设计的任一阶段发现信号的完整性 (Signal-integrity)，串扰(crosstalk)和电磁兼容问题。在仿真中采用 ，串扰 和电磁兼容问题。 和电磁兼容问题 传输线模型，因为原理图中只给出连线而没有该连线的物理信息， 传输线模型，因为原理图中只给出连线而没有该连线的物理信息， 而上述包括耦合截面在内的物理细节却决定着上述电磁兼容问题。 而上述包括耦合截面在内的物理细节却决定着上述电磁兼容问题。 下图为厂家提供的一个对于时钟电路的印刷板三条金属连线之间的 串扰的例子。 为印刷板原理图， 串扰的例子。图(a)为印刷板原理图，图中包括传输线模型，集成电 为印刷板原理图 图中包括传输线模型， 路模型和无源器件。图(b)为相应的点处的示波图，图(c)为线间串 路模型和无源器件。 为相应的点处的示波图， 为线间串 为相应的点处的示波图 扰的强度图。 扰的强度图。 首先通过选择传输线仿真器确定仿真类型和电路。 首先通过选择传输线仿真器确定仿真类型和电路。 电路中每个器件均有一个彩色箭头，表明利用示波器进行观测。 电路中每个器件均有一个彩色箭头，表明利用示波器进行观测。
4．3 专用仿真软件 ． 如所周知， 如所周知，电力电子装置的正常工作不仅受到电气参数的影 同时还受到其热学特性的限制。 响，同时还受到其热学特性的限制。功率器件工作时要消耗大量能 这部分能量转化为热量将导致芯片的温度上升。 量，这部分能量转化为热量将导致芯片的温度上升。如果芯片的散 热问题不能得到很好地解决则不仅将影响到器件性能的充分发挥， 热问题不能得到很好地解决则不仅将影响到器件性能的充分发挥， 并且还可能导致器件的损坏。研究表明器件的失效率随温度上升呈 并且还可能导致器件的损坏。 指数变化， 指数变化，而器件的散热则通过包括印刷板在内的固体传导和与空 气的对流实现。 气的对流实现。因此在电路设计阶段正确地估价各种不同散热和布 置条件下印刷板上温度的分布和器件的结温， 置条件下印刷板上温度的分布和器件的结温，以确保装置的正常工 对于产品的可靠性是至关重要的。由美国动态软件分析公司（ 作，对于产品的可靠性是至关重要的。由美国动态软件分析公司（ DSA）于1988年推出的 年推出的BETAsoft温度分析软件为包括开关电源在内 ） 年推出的 温度分析软件为包括开关电源在内 的电子装置的快速精确分析提供了一个有力的工具，一个包括100 的电子装置的快速精确分析提供了一个有力的工具 ， 一个包括 个器件的印刷板在Pentium100MHZ的PC机上仅需 秒就可分析完 机上仅需12秒就可分析完 个器件的印刷板在 的 机上仅需 而由于该软件可以方便地与包括OrCAD和Protel等CAD软件接 毕。而由于该软件可以方便地与包括 和 等 软件接 所以又为用户的使用提供了极大的灵活性。 口，所以又为用户的使用提供了极大的灵活性。 下图为BETAsoft的界面，图形所示为一个电源装置印刷板上温度 的界面， 下图为 的界面 场分布，该软件同时可以进行器件的功率P，温度T，超温E， 场分布，该软件同时可以进行器件的功率 ，温度 ，超温 ，印刷 板上的温度场T和梯度场 等分析。 和梯度场G等分析 板上的温度场 和梯度场 等分析。
印刷板仿真器可以进行类似的操作， 印刷板仿真器可以进行类似的操作，首先选择电路和欲分析的线 路通过PROBE选项设定探头，然后进行仿真。 选项设定探头， 路通过 选项设定探头 然后进行仿真。
选择干扰源，如CLOCK2，确定干扰阈值，则自动出现串扰达 选择干扰源， ，确定干扰阈值， 到阈值以上的印线，虚线。 到阈值以上的印线，虚线。
印刷板温度的梯度场， 印刷板温度的梯度场，显示每单位长度变化板的温度变化
采用此类软件可以在虚拟的环境中对器件的布置，印刷板的材质 采用此类软件可以在虚拟的环境中对器件的布置， 散热器以至安装螺钉对产品温度的影响进行分析， ，散热器以至安装螺钉对产品温度的影响进行分析，而不需按常 规的方法进行实际的硬件制作和物理试验， 规的方法进行实际的硬件制作和物理试验，对电路板的设计进行 评估和改进，所以可以大大地节约产品开发时间和费用。 评估和改进，所以可以大大地节约产品开发时间和费用。 当发现器件超温时，可以通过对印刷板材质，尺寸， 当发现器件超温时，可以通过对印刷板材质，尺寸，形状的改进
其中黄线表示电场强度的幅值，红线表示 即美国政府标准， 其中黄线表示电场强度的幅值，红线表示FCC即美国政府标准， 即美国政府标准 蓝线为CISPR欧洲标准，VCCI为日本标准。定义超标部分需采取 欧洲标准， 为日本标准。 蓝线为 欧洲标准 为日本标准 措施解决。 措施解决。
可以通过选择相互耦合的传输线研究互相之间的串扰。 可以通过选择相互耦合的传输线研究互相之间的串扰。此时首先 选择要分析的线对，然后进行分析。 选择要分析的线对，然后进行分析。
器件性能位置的改变，散热器的安装， 器件性能位置的改变，散热器的安装，连接到散热器的螺钉的安 和热管的安装来改善散热条件。 装Biblioteka Baidu和热管的安装来改善散热条件。
在软件的主库(Master）中具有包括大功率晶体管和各种如74系 ）中具有包括大功率晶体管和各种如 系 在软件的主库 列数字器件在内的数千个常用器件的模型，可以通过选择不同 列数字器件在内的数千个常用器件的模型， 的器件和参数来达到热设计的目的。 的器件和参数来达到热设计的目的。 工作库（ 工作库（Working）中则包括电路中所用的器件模型，当需添加 ）中则包括电路中所用的器件模型， 器件包括散热器和螺钉时需将其由主库装入工作库中。 器件包括散热器和螺钉时需将其由主库装入工作库中。
选择示波器与仿真菜单（ ），在波形区选择 选择示波器与仿真菜单（Scope/Sim），在波形区选择 ），在波形区选择Osc设置频 设置频 率和占空比，也可选择Edge即触发沿，进行仿真，得到所设各点 即触发沿， 率和占空比，也可选择 即触发沿 进行仿真， 的实际电压波形。 的实际电压波形。
利用Spectrum/sim进行频谱分析。首先通过设置项确定探测 利用 进行频谱分析。 进行频谱分析 天线的位置，大小并选择自动寻找最大干扰的位置。 天线的位置，大小并选择自动寻找最大干扰的位置。
如需添加散热器等，首先选择加装器件， 如需添加散热器等，首先选择加装器件，然后点击该器件进行 设置。设计修改完毕，即可运行程序检查修改后温度分布是否 设置。设计修改完毕， 满足要求。 满足要求。
随着电子装置工作频率的提高，电磁兼容（ 随着电子装置工作频率的提高，电磁兼容（EMC）问题成为在 ） 电力电子装置印刷板设计中必须解决的另一个问题。 电力电子装置印刷板设计中必须解决的另一个问题 。 上述问题 包括两方面的内容：一是印刷板自身的EMC问题，即高速信号 问题， 包括两方面的内容：一是印刷板自身的 问题 沿电路板传输时，由于金属连线的传输线效应， 沿电路板传输时 ， 由于金属连线的传输线效应 ， 信号本身产生 失真，严重时甚至导致逻辑失败； 失真 ， 严重时甚至导致逻辑失败 ； 以及印刷板上相邻连线之间 的电磁耦合所导致的串扰。另一是所设计的电路板上的高速信 的电磁耦合所导致的串扰。 号的辐射作用对其他电路板和系统所产生的干扰。 号的辐射作用对其他电路板和系统所产生的干扰 。 越来越严格 的辐射标准和设计更干净的印刷板的要求使得上述问题受到设 计人员越来越大的关注。而由于没有直观的方法来对上述EMC 计人员越来越大的关注。而由于没有直观的方法来对上述 问题进行估价，试验就成为唯一可行的方法。 问题进行估价 ， 试验就成为唯一可行的方法 。 但对电路板进行 电磁干扰的物理试验既昂贵又费时，所以采用仿真的方法进行 电磁干扰的物理试验既昂贵又费时， 分析就成为厂家的希望。 软件公司于90年代初开发的 分析就成为厂家的希望 。 由 PADS软件公司于 年代初开发的 软件公司于 HYPERLYNX软件就提供了这样的可能 。 软件就提供了这样的可能[7]。 软件就提供了这样的可能