Porównanie wybranych narzędzi do symulacji przetwornic dc-dc

• Autorzy: Detka Kalina , Downar-Zapolski Michał , Górecki Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.10.50

Warianty tytułu

EN

Comparison of selected tools for simulating dc-dc converters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przeanalizowano przydatność programów SPICE, Ansys Simplorer oraz PLECS przeznaczonych do analizy układów przekształcania energii elektrycznej. Wykorzystując wspominane programy zbadano wpływ rezystancji obciążenia i współczynnika wypełnienia sygnału sterującego na charakterystyki przetwornicy SEPIC, a uzyskane wyniki obliczeń porównano z wynikami pomiarów. Porównano też czasy trwania obliczeń wykonanych przy zastosowaniu wspomnianych programów. Z przeprowadzonych badań wynika, że przy pracy przetwornicy w trybie CCM każdy z rozważanych programów zapewnia uzyskanie wyników obliczeń zgodnych z wynikami pomiarów. Istotne rozbieżności pomiędzy tymi wynikami obserwuje się w trybie DCM. Jest to spowodowane różnym sposobem modelowania właściwości elementów magnetycznych. Najkrótszy czas trwania obliczeń uzyskano przy zastosowaniu programu PLECS i nie zależy on od parametrów badanej przetwornicy, natomiast czas trwania obliczeń przy zastosowaniu programu Ansys Simplorer istotnie zależy od rezystancji obciążenia przetwornicy i współczynnika wypełnienia sygnału sterującego.

EN

This paper analyzes the usefulness of the SPICE, Ansys Simplorer and PLECS programs dedicated for the analysis of power conversion systems. Using the mentioned programs, the influence of the load resistance and the duty cycle of the control signal on the characteristics of the SEPIC converter was examined, and the obtained calculation results were compared with the measurement results. The duration time of calculations performed using these programs was also compared. The research shows that when the converter operates in the CCM mode, each of the considered programs ensures that calculation results are consistent with the measurement results. Significant discrepancies between these results are observed in the DCM mode. This is caused by different ways of modeling the properties of magnetic elements. The shortest calculation time was obtained using the PLECS program and does not depend on the parameters of the tested converter, while the calculation time using the Ansys Simplorer program significantly depends on the load resistance of the converter and the duty cycle of the control signal.

Słowa kluczowe

PL

ansys simplorer; PLECS; przetwornica DC-DC; SEPIC; SPICE

EN

Ansys Simplorer; PLECS; DC-DC converter; SEPIC; SPICE

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 10
• Strony: 241--245
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Detka Kalina

• Uniwersytet Morski w Gdyni, Katedra Elektroniki Morskiej, ul. Morska 81-87, 81-225 Gdynia

• https://orcid.org/0000-0002-1584-3874

autor

Downar-Zapolski Michał

• PIT-RADWAR S.A., Aleja Generała Józefa Hallera 233A, 80-502 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0001-7781-078X

autor

Górecki Krzysztof

• Uniwersytet Morski w Gdyni, Katedra Elektroniki Morskiej, ul. Morska 81-87, 81-225 Gdynia

• https://orcid.org/0000-0002-9857-8235

Bibliografia

• [1] Hulewicz A, Krawiecki Z., Programy symulacyjne elektronicznych układów analogowych. Poznan University of Technology Academic Journals. Electrical Engineering, No. 88, 2016, pp. 57-66
• [2] Trojnar M., Internetowe symulatory obwodów elektrycznych, Pomiary Automatyka Kontrola, R. 59, Nr 10, 2013, s.1112- 1115.
• [3] Niculae D., Iordache M., Bobaru L., Stănculescu M., Drosu O., Moscu A. A., Dedicated Analog Circuit Simulation Programs. In 2023 International Conference on Electromechanical and Energy Systems (SIELMEN), 2023, pp. 1-6
• [4] Norbutaev M. A., Norbutaeva S. I., Possibilities of Using the Electronics Workbench Multisim Software, Studying Electrical and Chemical Engineering. Journal of Ethics and Diversity in International Communication, Vol.3, No.2, 2023, pp. 69-73
• [5] J. Porębski, P. Korohoda, Spice Program analizy nieliniowej układów elektronicznych, WNT, Warszawa, 1996
• [6] Doborowolski A., Pod maską SPICE'a - metody i algorytmy, Wydawnictwo BTC, Warszawa, 2004
• [7] Infineon's Power MOSFET Simulation Models, https://www.infineon.com/cms/en/product/promopages/powermosfet- simulation-models/], dostęp 10.04.2024
• [8] High accurate SPICE model download lists, https://toshiba.semicon-storage.com/ap-en/semiconductor/ knowledge/highlighted-contents/articles/simulating-the-transient -characteristics-of-mosfet-more-accurately/simulating-the-tran sient-characteristics-of-mosfet-more-accurately-download.html, dostęp 10.04.2024
• [9] Circuit Simulation Models, https://www.rohm.com/support/ design-model, dostęp10.04.2024
• [10] Górecki K., Detka K. Electrothermal model of choking-coils for the analysis of dc–dc converters. Materials Science and Engineering: B, Vol. 177, no. 15, 2012, pp. 1248-1253.
• [11] Górecki K, Zarębski J., Detka K., Application of the electrothermal average inductor model for analyses of boost converters, Proceedings of the 22nd International Conference Mixed Design of Integrated Circuits and Systems, MIXDES, 2015, pp. 417 – 421, doi: 10.1109/MIXDES.2015.7208554
• [12] Górecki K., Detka K., SPICE-Aided Models of Magnetic Elements—A Critical Review. Energies, Vol. 16, No. 18, 2023, 6568.
• [13] Jankowski P., Hallman D., Simulation study of the dynamicthermal properties of an ultra-fast inductive-dynamic drive, Przegląd Elektrotechniczny, R. 100, nr 2, 2024, s. 202-208, doi: 10.15199/48.2024.02.42
• [14] Ansys Simplorer, symulacja sterowania, https://mesco.com.pl/ ansys-simplorer-symulacja-sterowania/, dostęp 10.04.2024
• [15] Chen X, Liu Y. Finite element modeling and simulation with ANSYS Workbench, CRC press, 2018.
• [16] P. Jankowski, Modelling of Magneto-Elastic Phenomena in Inductive Dynamic Drive, Journal of Electrical Engineering & Technology, Vol. 12, No. 3, 2017, pp. 1073-1081 doi: 10.5370/JEET.2017.12.3.1073
• [17]The Simulation Platform for Power Electronic Systems, https://www.google.pl/url?sa=t&source=web&rct=j&opi=899784 49&url=https://www.plexim.com/files/plecsmanual.pdf&ved=2ah UKEwjVluOInL-FAxUpQvEDHWPnCqsQFnoECBQQAQ&usg =AOvVaw3pEok8YpSp3aPo7GY-U_St, dostęp 10.04.2024
• [18] Górecki P, Wojciechowski D., "Accurate Electrothermal Modeling of High Frequency DC–DC Converters With Discrete IGBTs in PLECS Software," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 70, no. 6, pp. 5739-5746, June 2023, doi: 10.1109/TIE.2022.3189102
• [19] Hart D. W. Power electronics. New York: McGraw-Hill, 2011.
• [20] Barlik R., Nowak M., Energoelektronika: elementy, podzespoły, układy. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2014.
• [21] W. Janke Impulsowe przetwornice napięcia stałego, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, 2014, Koszalin
• [22] Bisewski D., Parameters estimation of SPICE models for silicon carbide devices, EMPC 2017 - 21st European Microelectronics and Packaging Conference and Exhibition Vol. 2018, pp. 1 – 5, 2017, doi: 10.23919/EMPC.2017.8346918
• [23] PSpice User Guide, https://resources.pcb.cadence.com/ i/1180526-pspice-user-guide/199?, dostęp 10.04.2024
• [24] Biblioteka PWRMOS.LIB, MicroSim Corporation, 1995.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).