随着计算机技术和集成电路技术的发展，电子设计自动化（EDA）软件的出现，传统的电子设计已从“手工设计”阶段，发展到“计算机辅助设计”（CAD）阶段和电子设计自动化（EDA）阶段。这其中，EDA技术由于具有成本低、设计周期短等优点，已成为当今世界电子设计的潮流。作为电力电子方面的工程技术人员，应该尽快掌握这种先进的设计方法和技巧。目前电子电路设计市场上，出现了许多EDA软件，总的说来，各有其特点。只要根据不同的场合和使用对象，选择合适的EDA软件，都可以获得很好的效果。下面以目前较为流行的虚拟电子实验室软件（Electronics Workbench，EWB）为例，介绍EDA技术在电力电子变频控制系统设计中的应用。
1 变频控制系统总体介绍
电力电子技术是一门伴随着先进的电力电子器件出现而出现的一门高新技术，其控制电路的设计，往往比较复杂，要求比较高。如采用传统的电子设计，往往费时费力，而采用EWB等EAD设计软件进行设计，则可起到事半功倍的效果，其EWB电路设计的工作流程如图1所示。SPWM变频控制系统的框图如图2所示。
SPWM变频控制系统的工作原理为：由正弦波发生器产生一个相位和频率都可以按照需要进行调节的主令信号，然后和一个幅度、频率都不变的三角波信号（载波信号）进行比较，在主令信号瞬间值高于三角波时，电路输出1电平，否则输出0电平，通过比较，得到一系列幅度不变、宽度与主令信号的瞬时值成正比的脉宽调制波，这些脉宽调制波经过处理、放大和滤波之后，便可得到高压、，大功率的与主令信号一致的输出正弦波，从而实现变频。在这个变频控制系统的设计中，关键是正弦波发生器和三角波发生器的设计。正弦波发生器和三角波发生器波形的好坏，对整个系统的稳定度和精度都具有十分重要的影响。如采用传统电路设计方法进行电路的设计，往往费时费力，而采用EWB设计则可大大地缩短研制时间，提高效率。因此这里重点介绍基于EWB的正弦波发生器和三角波发生器的设计。
2 正弦波发生器的EWB设计
正弦波发生器EWB电路连接图如图3所示。在图3中，具有选频特性的串、并联网络构成了正反馈支路，负反馈支路中的电阻R3设置为可调，用来调节负反馈的深度以保证起振条件和改善波形。根据起振的条件，反馈系数应满足式（1）：
则：RF＝2Rf（Rf指节点1与节点3之间的阻值）。由于实际“运放”的开环增益是有限的，因此RF应略大于Rf的2倍。同样，考虑到实际“运放”输入电阻ri（这里 是同相端的）和输出电阻ro的影响，正弦波的频率为：
通常，电路元件值的确定，可按照下列步骤进行：
（1）根据所需要的正弦波频率fo，计算RC的值。
（2）由ri»R»r。选取合适的R，然后再确定C。
（3）为了减少偏置电流的影响，应尽量满足RF∥Rf＝R，同时由反馈系数的要求，即可确定RF和Rf的大小。
（4）当需要输出频率较高时，必须选用增益带乘积较高的集成“运放”。
另外，此电路采用了匹配对接的2只二极管作为稳幅电路，其上并联Ro是用于适当消弱二极的非线性影响，以改善波形的失真。
按照以上原则，设计的50 Hz正弦波发生器电路参数为：
此系统经EWB仿真后得到的输入波形和输出波形Vi，Vo如图4所示。由图4可知，输出正弦波频率为50 Hz，与计算值相同，输入、输出电压波形Vi，Vo相位与频率相同，与理论相符。
3 三角波发生器的EWB设计
根据电力电子知识用正弦信号波对三角载波进行调制时，当载波比（即三角波载波频率与正弦波频率之比）足够高时，所得到的PWM波将不含低次谐波，而只含与载波频率有关的高次谐波。由于输出波形所含谐波的多少是衡量PWM控制方法优劣的基本标志，因而如何设计出高载波频率且线性度良好的三角波十分关键。一般形式的三角波发生器当频率较高时，线性度往往会变差，不能满足变频率系统的要求。这里采用的是一种高频率且线性度良好的三角波发生电路。电路图如图5所示。
此电路分为滞后比较器和反相积分器2大部分。 其振荡频率由R6和C1的充、放电时间常数决定。由于振荡频率与运算放大器的转换速率有关，所以采用了2个高速型运算放大器LM318。LM318为高速精密运算放大器，开环增益较大，为200 000。速度也远比通用型运算放大器大。转换速率的典型值为70 V／μs，最小为50 V／μs，并且不降低直流性能。此外，他还具有内部单位增益频率补偿，也可外加频率补偿以提高性能。利用此电路，获得了良好线性度的高频三角波。
电路的参数为：
此电路经EWB仿真后，得到三角波输出波形如图6所示。如果1端与地之间不采用图5所示的二极管桥式电路，而采用双向串联稳压管，则通过改变稳压管的稳压值来改变三角波输出电压的幅值。
4 结 语
根据以上仿真，对变频控制系统的有关电路进行了实物设计和调试，其结果与仿真相吻合。由此不难看出，使用EWB软件设计电路，不仅具有界面化、直观的特点，而且比较符合实验设计和思考的一般步骤。对于电力电子技术、信息工程、自动控制领域的工程人员来说具有很高的实用价值，值得我们大力提倡和推广应用。
本文关键字：控制系统 电源，电工技术 - 电源
