基于ProtelDXP的单相半控桥式整流稳压电路仿真分析.pdf

2 0 0 6年第9期农业装备与车辆工程 收稿日期 2 0 0 6 0 5 1 8 作者简介 马建伟 1 9 8 1 男 河北省迁安市人 硕士研究生 研 究方向 汽车电子 基于P r o t e l D X P 的单相半控桥式整流稳压电路仿真分析 马建伟 1 张学义 1 王平 2 1 山东理工大学交通与车辆工程学院 山东 淄博2 5 5 0 4 9 2 淄博职业学院 山东 淄博2 5 5 0 0 0 摘要 介绍了P r o t e l D X P软件的功能及特点 利用P r o t e l D X P软件对单相半控桥式整流稳压电路进行了建模和仿 真 以该仿真结果为基础 设计出了具有良好稳压性能的电子稳压器 关键词 车辆 单相半控桥 整流稳压 中图分类号 T N7 2 1 1文献标识码 A文章编号 1 6 7 3 3 1 4 2 2 0 0 6 0 9 0 0 2 8 0 3 S i mu l a t i o nA n a l y s i s o f S i n g l e P h a s e S e mi C o n t r o l l i n gB r i d g e R e c t i f i c a t i o nV o l t a g e S t a b i l i z e dC i r c u i t B a s e do nP r o t e l D X P M a J i a n w e i 1 Z h a n g X u e y i 1 Wa n g P i n g 2 1 T r a n s p o r t a t i o na n dV e h i c l e E n g i n e e r i n g C o l l e g e S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y Z i b o 2 5 5 0 4 9 C h i n a 2 Z i b o V o c a t i o n a l I n s t i t u t e Z i b o 2 5 5 0 0 0 C h i n a A b s t r a c t T h i s a r t i c l ei n t r o d u c e s t h ef u n c t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c s o f P r o t e l D X P As i n g l e p h a s es e m i c o n t r o l l i n gr i d g e r e c t i f i c a t i o n v o l t a g e s t a b i l i z e dc i r c u i t i s m o d e l e da n ds i m u l a t e dw i t hP r o t e l D X P B a s e do ns i m u l a t i o nr e s u l t e l e c t r i cr e g u l a t o r w i t he f f e c t i v ev o l t a g e s t a b i l i z e d c h a r a c t e r i s t i c i s d e s i g n e d K e yWo r d s v e h i c l e s s i n g l e p h a s e s e m i c o n t r o l l i n g b r i d g e r e c t i f i c a t i o nv o l t a g e s t a b i l i z e dc i r c u i t 1P r o t e l D X P软件介绍 随着电子计算机技术的发展 电子设计自动化 E D A 技术已成为电子产品设计的主导技术 各种电 路设计软件也不断涌现 P r o t e l D X P软件就是一款 功能强大的电路设计软件 P r o t e l D X P具有原理图设计 P C B图设计 制 板 电路仿真等功能 原理图设计中采用集成元件 和元件库 每个元件包含原理图符号 印制板封装 电路仿真和信号完整性模型 便于用户对元件的选 择 因此利用P r o t e l D X P软件可以方便快捷的绘制 原理图 它还具有检查原理图错误的功能 及时提醒 设计者对原理图进行修改 P r o t e l D X P中的制版功能能够迅速将绘制的原 理图按照设计者划定的线路板尺寸和形状的要求转 化为P C B板 对于自动布线后的线路 还可以进行手 动调整 设计者也可以利用手动布线功能进行布线 以达到最佳效果 制版完成后 利用三维立体效果预 览功能能直观的看到所有元件放置的真实情况 P r o t e l D X P为用户提供了一套完整的从设计到 验证的仿真设计环境 对模拟信号 数字信号 以及 数字信号模拟信号的混合信号进行一系列的仿真 它包含了一个数目庞大的仿真元件库 用户只需在 仿真元件库中选取元件 绘制好原理图 再加上激励 源就可以进行仿真 P r o t e l D X P提供了多种仿真功 能 包括交流小信号分析 瞬态特征分析 噪声分析 直流分析 参数扫描分析 温度分析 傅里叶分析 蒙 特卡罗分析等十多种分析方式 不同仿真方式从不 同角度对电路的各种电气特征进行仿真 P r o t e l D X P仿真器又提供了功能强大的仿真结果分析工 具 可以记录需要的仿真数据 显示各种仿真波形如 波特图 模拟信号波形 数字信号波形等 并可进行 波形缩放 波形比较 波形测量等 2利用P r o t e l D X P对单相半控桥式整流稳 压电路进行仿真分析 单相半控桥式整流稳压器的电路图如图1所示 工作原理 当发电机低速运转时 主要采用高剩 磁感应强度的钕铁硼永磁材料 增加极对数 以及增 加线圈绕组匝数等提高输出电压U 发电机开始转动时 由于转速低 输出电压U 也低 小于目标稳压值U 0 三极管T1的发射极与A 点的电压小于稳压管D w 1的击穿电压U1 三极管T1 处于截止状态 而三极管T 2的发射极与基极之间的 电压大于0 7 V 因此三极管T 2导通 集电极电流通 过电阻R 7 二极管D3 D 4分别向可控硅S C R1 S C R 2 农业装备与车辆工程 A G R I C U L T U R A LE Q U I P M E N T单击菜单命令 D e s i g n A d d R e m o v e L i b r a r i e s 进入元件库 添加图1中所示 的元件 调用 E d i t A l i g n 命令 将各元件布置在图纸 相应位置 设置元件参数 对所有的元器件设置 S i m u l a t i o n仿真属性 在D X P中假定所有元器件都是 理想元器件 用导线进行电气连接 对整个电路进行 编译E R C校验确保整个电路没有错误 交流发电机 用正弦电压源等效代替 设置电压源频率4 0 0 H z 峰 值4 8 9 6 V 该数据是在发电机转速为4 0 0 0 r m i n时试 验测得 通过改变正弦电压源仿真属性中频率和峰 值来模拟发电机在不同转速下发出的电压值 在稳压 电路的输出端设置一个V i n节点网络 通过观测该点 电压波形来获得稳压电路的稳压结果 2 2利用S i mu l a t i o n进行仿真分析 设置好所有参数后在原理图编辑窗口内单击 D e s i g n S i m u l a t i o n S i m 菜单 启动仿真功能 弹出仿 真分析设置对话框 为了获得稳压后输出的电压波 形 在A n a l y s e s O p t i o n分组框中选择工作点分析 O p e r a t i n g P o i n t A n a l y s i s 和瞬态特性 傅里叶分析 T r a n s i e n t F o u r i e r A n a l y s i s 设定仿真起始时间 停 止时间和步进时间间隔 然后 选择A v a i l a b l e S i g n a l s中的V i n信号作为输出信号 单击 O K 按 钮 开始仿真 改变交流电压源的频率和幅值 重复 上述过程 以得到发电机不同的输出电压和不同负 载下的稳压波形 仿真结果如图2 图5 图1单相半控桥式整流稳压器电路图 图2转速3 0 0 0 r mi n 负载为空载时输出电压波形 T i m e s v 4 5 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0 5 0 m5 m1 0 m1 5 m2 0 m2 5 m v i n 图3转速4 0 0 0 r mi n 负载为空载时输出电压波形 T i m e s v 5 5 5 0 4 5 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0 5 0 m2 5 m5 0 m7 5 m1 0 m1 2 5 m1 5 m1 7 5 m v i n 图4转速3 0 0 0 r mi n 负载为3 0 0 W时输出电压波形 T i m e s v 4 5 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0 5 0 m5 m1 0 m1 5 m2 0 m2 5 m v i n 马建伟 等 基于P r o t e l D X P的单相半控桥式整流稳压电路仿真分析 2 9 2 0 0 6年第9期农业装备与车辆工程 2 3仿真结果分析 利用仿真波形计算输出电压的平均值 以转速 4 0 0 0 r m i n 负载为3 0 0 W时为例 U 1 T t 0 E m s i n 2 f t d t 1 0 0 0 2 5 0 0 0 1 2 0 4 5 s i n 2 4 0 0 t d t 1 4 2 6 6 8 式中 U 电压平均值 V T 周期 s E m 电压峰值 V 角频率 r a d s f 频率 f p n 6 0 p 极对数 该发电机p 6 同理 可以算出其它情况下的电压平均值 以上述仿真结果为基础制作电路 在发电机实验 台上对不同转速 不同负载进行试验 试验结果如表1 由试验结果知 该整流稳压电路通过削波 整 流 从而保证了发电机输出电压稳定的直流电 并达 到了J B T 8 5 8 2 6 2 0 0 1 农用运输车发电机 的要求 3结 论 1 利用P r o t e l D X P软件对单相半控桥式整流 稳压电路进行了仿真分析 仿真结果准确可靠 2 发电机转速由2 0 0 0 r m i n变化到4 0 0 0 r m i n 负载功率由6 0 W变化到3 0 0 W时 输出电压稳定在 1 2 5 3 V 1 4 4 8 V之间 稳压性能良好 参考文献 1 H a y e s C a r o l i n e C h a l l e n g e s f o r E D A E l e c t r o n i cP r o d u c t D e s i g n J 2 0 0 6 2 2 6 2 宗荣芳 关于P r o t e l D X P的电路仿真设计 J 电子工程师 2 0 0 5 1 4 0 4 2 3 韩亚萍 P r o t e l D X P基础教程 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 5 5 4 李方明 陈哲 于洋 P r o t e l D X P环境下电路仿真分析方法 J 现代 电子技术 2 0 0 4 2 4 1 0 8 1 1 2 5 冯仁水 张学义 车辆用永磁发电机磁路分析与试验研究 J 农业 装备与车辆工程 2 0 0 6 3 2 0 2 2 6 孙江宏 王艳林 P r o t e l D X P电路设计与仿真 M 北京 机械工业 出版社 2 0 0 4 1 7 胡光友 韩振宇 P r o t e l D X P在电路板级仿真中的应用 J 中国测 试技术 2 0 0 5 3 9 4 9 6 表1发电机输出电压试验结果 V 电压1 4 3 91 4 0 41 2 5 31 4 4 41 4 1 51 4 1 31 4 4 81 4 2 81 4 1 6 转速 功率 2 0 0 0r m i n 6 0 W1 5 0 W3 0 0 W 3 0 0 0r m i n 6 0 W1 5 0 W3 0 0 W 4 0 0 0r m i n 6 0 W1 5 0 W3 0 0 W 图5转速4 0 0 0 r mi n 负载为3 0 0 W时输出电压波形 T i m e s v 4 5 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0 5 0 m2 5 m5 m7 5 m1 0 5 m1 2 5 m v i n 我国将实施国家第三 四阶段机动车排放新标准 我国将在2 0 0 7年和2 0 1 0年分别实施国家第 三 四阶段机动车排放标准 就每台发动机而言 每 实施一个新阶段排放标准 其单机污染物排放量就 会降低3 0 以上 到2 0 1 0年 我国生产汽车的排放控制技术水平 与国外先进水平差距有望由2 0 0 0年的8年缩短到 5年 环保总局科技标准司相关负责人给我们算了 一笔账 若按计划实施这两项标准 从2 0 0 8年到 2 0 1 2年 仅道路车辆就将减少氧化氮排放量1 8 0万