電源供應器設計 Power Supply Design

複雜的電源模擬變得快速又簡單。

 

電源供應是整個電氣化的核心。現在的轉換器設計要考慮的東西很多，像是開關技術、磁性元件、電路拓撲、控制方法等等，都越來越複雜，這就需要一套快速、準確、靈活，又是專門為電力電子設計的模擬工具。
PSIM 已提供電源模擬工具超過 25 年，用過 PSIM 的客戶都回饋說，它快速、準確、穩定，而且又好上手，他們對模擬工具的需求都能被滿足。

 

現在的電源設計工程師常遇到的一些難題，其實都能透過 PSIM 輕鬆解決與深入理解，像是：

想比較不同拓撲結構或轉換器的運作特性 :

• 看操作範圍（Operating envelope）
• 做最壞情況模擬或蒙特卡羅分析（Worst-case and Monte Carlo analysis）
• 頻率響應分析（Frequency analysis）
• 靈敏度分析或故障模擬（Sensitivity and Fault analysis）

開關速度及其對以下方面的影響：

• 磁性元件與電容大小的選擇
• 元件應力與損耗
• 電磁干擾（EMI）

電磁干擾（EMI）濾波器的設計與運作

控制設計與實作 :

• 要設計類比或數位控制器
• 控制頻寬怎麼抓
• 數位控制怎麼實現與驗證
• 快速控制原型開發（RCP），邊模擬邊寫控制程式

 

轉換器 (Converter) 設計

轉換器設計

PSIM 可以快速評估不同的拓撲結構、開關速度、電感(L)與電容(C)大小、操作範圍等參數。而這一切，也可以透過 PSIM 的腳本功能或自動化分析工具箱來實現自動化，提升整個效率。簡單來說，您只要專心設計，把重複模擬的工作交給 PSIM 即可。

 

電磁干擾 (EMI) 分析

電磁干擾 (EMI)分析與濾波器設計
為了讓您設計的轉換器符合電磁干擾（EMI）標準，在進入實體實驗測試之前，PSIM設計工具可以協助您將傳導性輻射（conducted emission）模擬結果與您常用標準進行比較，並設計適合的濾波器，以降低實際硬體測試中出現問題的風險。

 

 

控制設計

控制設計與實作
PSIM 能對任何轉換器進行頻率掃描分析（frequency sweep），而 SmartCtrl 則能根據這些頻率響應結果設計出控制器。將兩者結合使用，幾乎可以實現對任何系統的精準控制。
這樣的頻率掃描既可以用於類比控制器，也可以納入數位延遲與離散化效應，直接進行 z-domain 控制器的設計。

PSIM的嵌入式控制程式碼產生工具也能協助您快速部署到硬體上，讓您在實作過程中不禁驚呼：「沒想到竟然這麼簡單！」

 

 

快速控制原型（Rapid Control Prototyping）

快速控制測試與實作
透過 PSIM 操作簡便的程式碼產生工具，實現真正的快速原型開發流程。這些工具可讓您在實際部署前先模擬程式碼的功能，使您能夠快速進行功能上的調整與迭代優化，大幅提升開發效率。

 

轉換器設計與分析

一個電源供應專案的需求非常多樣化，同時還需兼顧尺寸、成本、重量與效率等主要考量。技術規格繁多，可能包含操作範圍、負載範圍、開關速度、控制響應等，而設計限制之間必須取得平衡。PSIM的設計工具能讓您在專注於最終設計的同時，全面考量這些權衡。PSIM 備受肯定的高速性與穩定性，確保您在快速反覆設計與評估時，不再被模擬工具本身所限制。
在大多數模擬中，使用理想開關已足以進行模擬，但當您需要深入了解特定元件的開關與導通損耗，或是非理想開關的切換行為時，PSIM 也提供相對應的元件模型供您使用。您可以深入了解非理想開關元件的模擬方式。

PSIM 的設計驗證分析工具，如蒙地卡羅分析、靈敏度分析與故障分析，還能協助您執行電源轉換器的設計失效模式與影響分析（DFMEA）。
PSIM 還能在不依賴平均模型的情況下，針對幾乎所有拓撲執行 AC 頻率掃描，這對於控制器設計而言是一個重要步驟。
PSIM 提供完整的元件模型資料庫，涵蓋各類電源轉換器與控制架構，包括非理想開關與非線性磁性元件。
透過 PSIM 模擬腳本功能，您可以自動化模擬流程，以驗證元件公差、操作極限及其他設計參數下的系統表現。

 

 

電磁干擾（EMI）分析與濾波器設計

一個能正常運作的電源轉換器並不代表設計就此完成。若產品要上市銷售，它還必須通過各項測試，其中之一就是電磁干擾（EMI）測試。PSIM已開發出相關工具，幫助您在進入實驗室測試前，就先分析並減輕傳導性輻射（conducted emissions）的問題。
要進行有效的 EMI 模擬，需要具備非理想開關、連接線路中的寄生電感，以及從所有主要電源節點連回地線的小耦合電容。PSIM 具備非理想開關元件模型，能模擬出類似 SPICE 的開關過渡行為，並結合閘極驅動電路。
對其他模擬工具來說，這些寄生電感與電容可能是棘手的挑戰，但 PSIM 穩定且強大的模擬核心能順利處理這些問題，提供有價值的模擬結果。

您可以善用 PSIM 提供的工具與特性：

• 非理想開關模型
• 操作簡單的 FFT 工具，用於諧波含量分析 (Harmonic Content Analysis)
• 市場上最穩定可靠的求解器

 

控制設計和實作

為電源轉換器設計閉迴路控制系統是一項具挑戰性的工作，通常需要多年經驗才能駕輕就熟。不過，若有合適的工具輔助，也能大幅降低難度，PSIM正是為此而提供協助。
您可以在 PSIM 中使用 s-domain（類比）控制器或 z-domain（數位離散）控制器來模擬系統行為；更重要的是，您可以比較這兩種控制方式在實作上的差異。一個常見錯誤是將在 s-domain設計完成的控制器直接轉換成 z-domain使用而未做調整，這往往會導致系統效能不佳。
PSIM 擁有獨特的能力，能對幾乎任何電源轉換器進行頻率掃描分析。我們提供多種頻率掃描演算法，以確保模擬過程快速且準確。像是 LLC 諧振、峰值電流模式的移相全橋、或臨界導通模式（CRM）的升壓 PFC 等複雜拓撲，都能輕鬆產生開迴路傳遞函數的波德圖（Bode Plot）。
若您需要設計閉迴路控制器，可使用我們的 SmartCtrl 控制設計工具，或透過 PSIM 與 RidleyWorks 控制設計平台的連接功能，運用其強大的磁性元件設計能力。
如果您是在 Simulink 進行控制器設計，PSIM也提供與 Simulink 的整合連接，以便您在Simulink 中設計控制器，並由 PSIM 負責電源階段。

 

快速控制原型（Rapid Control Prototyping）

越來越多的電源系統開始採用數位控制。而PSIM提供強大的設計工具，透過快速控制原型（RCP），協助您實作並優化您的設計。真正的 RCP 流程會搭配可嵌入的程式碼自動產生功能，能與電源階段一起進行模擬測試，而PSIM的程式碼產生工具可以直接執行這樣的模擬測試。
您可以很方便地產生適用於 TI C2000 系列控制器的控制程式，並充分利用其進階的 PWM 功能，不論是要實作複雜的 PWM 驅動波形，還是簡單控制策略，都可以自由選擇。PSIM的程式碼產生工具操作簡便，不需太多 C 語言背景即可上手。
如果您不想使用自動產生的程式碼，也可以自行撰寫控制程式，並透過PSIM的執行期編譯器（runtime compiler），結合模擬的電源階段來驗證其運作情況。
此外，PSIM也提供其他選項，用於驗證 VHDL 和 Verilog 程式碼在 FPGA 實作上的正確性。

 

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