信息學院梁俊睿課題組提出開關型功率轉換電路動態仿真新方法

開關型功率轉換電路是典型的強非線性動態系統，精確求解這些電路的動態響應通常需要借助較復雜的數學模型。在構建生產實際電路前，工程師往往需要借助電子設計自動化（EDA）工具對所設計的電路進行動態仿真，并以此為參考優化輸出功率、轉換效率等工作指標。因此準確高效便捷的電路仿真工具對電路設計和參數優化至關重要。

信息學院智慧電氣科學中心（CiPES）梁俊睿課題組圍繞開關型功率轉換電路的高效仿真和多目標優化等實際工程需求，對該課題組前期首創的擴展阻抗法（EIM）進行了新的改進，使之更具一般性地適用于具有非線性元件的電路的穩態仿真分析。以往針對非線性電路的傳統時域或頻域仿真算法皆從電路整體角度出發進行數學建模。不同于這些方法，梁俊睿組從元器件的角度出發，通過拓展“阻抗”這一針對交流電路元件動態特性的概念內涵和數學形式，更直觀地以“阻抗組合網絡”的形式構建非線性電路的數學模型，進而實現更高效省時的頻域仿真。通過把“阻抗”概念再一次拓展并覆蓋非線性元件的動態特性，該方法能夠在頻域對絕大部分開關型功率轉換電路進行動態仿真。

擴展阻抗法具有諸多優勢，它不僅能夠涵蓋開關電路中不同的電流連續（CCM）、斷續（DCM）工作模式，而不像傳統分析方法需要預判續流二極管的通斷，還可兼容使用半導體器件仿真中廣泛使用的SPICE模型參數，能夠有效地描述組成電路不同元件的動態特性。相較諸如PSpice、ADS等一些廣泛使用的商用仿真軟件，擴展阻抗法在相若的仿真精度下，用時更少，仿真效率更高，能夠讓用戶更靈活高效地根據多目標、多約束的具體需求設計電路優化策略。

相關成果以“Simulation of Switched-Mode Power Conversion Circuits With Extended Impedance Method”為題，在電路與系統領域的國際學術期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems--I: Regular Papers上在線發表。信息學院2019級碩士生劉義超、2020級博士生高一鳴分列論文第一作者和第二作者，梁俊睿教授為通訊作者。上?？萍即髮W為本研究的唯一完成單位。

文章鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9789185

擴展阻抗法的電路仿真流程圖

在連續導通模式（CCM）下的buck電路穩態波形。（a）仿真中的輸出電壓。（b）仿真中的電感電流。（c）實驗中的輸出電壓。（d）實驗中的電感電流。

在不連續導通模式（DCM）條件下的buck電路穩態波形。（a）仿真中的輸出電壓。（b）仿真中的電感電流。（c）實驗中的輸出電壓。（d）實驗中的電感電流。