Моделирование импульсных преобразовательных устройств представляет собой достаточно сложную задачу. Это связано с тем, процессы, протекающие в этих устройствах, характеризуются постоянными времени отличающимися друг от друга на несколько порядков. К примеру, в источнике вторичного электропитания, работающего от сети 220В, есть входной выпрямитель, высокочастотный преобразователь напряжения, выходной фильтр и цепь обратной связи. Коммутационные процессы в диодах входного выпрямителя длятся микросекунды. Переходные процессы во входном фильтре – уже десятки миллисекунд. Период коммутации высокочастотного преобразователя – десятки микросекунд, а коммутационные процессы в ключевых компонентах – сотни наносекунд. Переходные процессы в выходном фильтре и цепи обратной связи длятся опять-таки сотни миллисекунд.

Таким образом, при моделировании такого преобразовательного устройства необходимо анализировать как процессы, протекающие сотни наносекунд, так и сотни микросекунд. Постоянные времени этих процессов отличаются в миллион раз!

Шаг расчета приходится выбирать исходя из минимальной постоянной времени (единицы–десятки наносекунд), а время расчета – исходя из максимальной постоянной времени (сотни миллисекунд или секунды).

В результате продолжительность расчета даже на современных высокопроизводительных компьютерах может составлять довольно продолжительное время (десятки минут). И главное, из-за накопления расчетных ошибок, такой расчет часто не удается произвести вовсе. Поэтому при моделировании преобразовательных устройств часто приходится использовать некоторые упрощающие допущения и ряд элементов моделировать на функциональном уровне (см. Основные правила моделирования электронных устройств).

Для того, чтобы сосредоточиться на существенных аспектах работы преобразовательных устройств – коммутационных процессах в силовой части, реакции преобразователя на внешние возмущения (изменение входного напряжения, сопротивления нагрузки и т.п.), а также изучении его поведения в нестационарных состояниях (включение, выход на режим, срабатывание различных защит) и аварийных режимах (выход из строя компонентов или замагничивание трансформатора), модель схемы управления приходится предельно упрощать. Ее, как правило, целесообразно выполнять на уровне функциональных блоков.

Следует отметить, что модель преобразователя (как и любых других схем с периодической коммутацией) – очень сложная задача с вычислительной точки зрения (см. Применение метода усреднения в пространстве состояний для анализа переходных процессов и устойчивости схем с периодической коммутацией). Построить работоспособную модель такого устройства достаточно сложно. Приходится использовать специально адаптированные для этих целей функциональные блоки. Авторами разработаны и испытаны модели компаратора, усилителя рассогласования и триггера, которые позволяют обеспечить работоспособность широкого круга преобразовательных устройств (см. Модели функциональных блоков схемы управления). Кроме того, впервые подробно проанализирована и описана модель магнитного сердечника, используемая в MicroCAP. Эта модель существенно отличается от аналогичной модели, используемой в PSPICE, DesignLab и других подобных программах анализа, хотя в большинстве отечественных руководств по MicroCAP эти модели отождествляются.

На основе вышеописанных принципов проанализированы и представлены Вашему вниманию основные типы преобразователей напряжения, используемых при построении источников вторичного электропитания.