Вопрос или проблема
Я ищу программу с открытым исходным кодом (или бесплатную) для моделирования коммутационных схем (энергетической электроники, таких как инверторы, преобразователи PFC, DC/DC преобразователи).
К коммерческому программному обеспечению относятся SIMPLIS, PSIM, PLECS. У этих программ есть “пробные” версии, но они ограничены в функциональности. Я ищу вариант с открытым исходным кодом или хотя бы полностью функциональный бесплатный вариант (как LTSpice).
Это похоже, но не то же самое, что симуляция SPICE (переходные процессы, временная область). Мне нужна программа, которая будет моделировать с использованем идеализированных (кусочно-линейных эквивалентных) транзисторов, что позволит работать намного быстрее и избегать проблем с сходимостью.
.
Ответ или решение
Для моделирования коммутационных схем в области электроники, включая такие компоненты, как инверторы, PFC преобразователи и DC/DC преобразователи, на сегодняшний день существует множество специализированных программных решений. Однако большинство из них, как, например, SIMPLIS, PSIM и PLECS, предоставляют только коммерческие версии или ограниченные пробные версии. В свете этого, многие инженеры ищут открытые или бесплатные альтернативы, которые такими ограничениями не обладают, например, как LTSpice.
Подход к выбору симулятора
Теория
Главной задачей при выборе симулятора для коммутационных схем является возможность быстрой и надежной симуляции, минимизация проблем с расходимостью и упрощенная работа с коммутируемыми элементами, такими как транзисторы. Для этих целей требуется симулятор, способный работать с идеализированными моделями транзисторов, например, с кусочно-линейными эквивалентами. Такой подход позволяет ускорять симуляцию, поддерживая точность на приемлемом уровне, что особенно важно в прототипировании и начальных стадиях проектирования.
Примеры доступного ПО
На данный момент существует несколько открытых и бесплатных программных продуктов, которые могут удовлетворить вышеописанные требования:
-
Qucs (Quite Universal Circuit Simulator):
- Описание: Это универсальный симулятор схем, поддерживающий целый ряд функций для анализа аналоговых схем.
- Преимущества: Бесплатный и открытый, поддерживает моделирование аналоговых и цифровых элементов.
- Ограничения: Конкретно для моделирования коммутационных схем Qucs может не обладать всем желаемым функционалом или поддерживать идеализированные транзисторы в наилучшем виде.
-
NgSpice:
- Описание: NgSpice — это расширенная версия классического SPICE симулятора.
- Преимущества: Открытый исходный код, поддерживает широкий спектр процессов и совместим с моделями SPICE.
- Ограничения: Как и другие SPICE-симуляторы, может сталкиваться с проблемами расходимости при моделировании сложных коммутационных схем.
-
OpenModelica:
- Описание: Это платформа для моделирования и симуляции с использованием языка Modelica.
- Преимущества: Поддержка многофизических симуляций, хорошая интеграция с другими инструментами платного и открытого ПО.
- Ограничения: Хотя OpenModelica может поддерживать моделирование коммутационных схем, для этой цели может потребоваться создание комплексных моделей.
-
LTSpice:
- Описание: LTSpice, хоть и не является полностью открытым, является бесплатным продуктом от Analog Devices.
- Преимущества: Хорошо оптимизирован для моделирования аналоговых схем и включает в себя большое количество библиотек компонентов.
- Ограничения: Имеет некоторые ограничения в моделях оборудования от других производителей.
Применение
Каждое из упомянутых решений имеет свои сильные и слабые стороны в контексте моделирования коммутационных схем. Выбор определенного инструмента следует основывать на специфических требованиях проекта, таких как скорость симуляции, доступность библиотек, требуемая точность и удобство использования.
-
Для быстрого прототипирования: Если скорость симуляции и возможность избежать проблем с расходимостью являются главными приоритетами, стоит обратить особое внимание на возможности создания и использования упрощенных моделей транзисторов в выбранном симуляторе.
-
Для многофизического моделирования: Если проект требует интеграцию различных физических процессов, OpenModelica может стать хорошей базовой платформой, хотя и потребует более детальной настройки моделей.
В заключении, хотя открытые и бесплатные симуляторы могут иметь ограниченный функционал по сравнению с коммерческими аналогами, при правильном выборе и настройке они способны эффективно решить задачу проектирования коммутационных схем в области силовой электроники. Главным приоритетом при выборе является тот баланс между необходимыми функциями, доступностью и простотой в использовании, который лучше всего соответствует специфике вашего проекта.