基于PSpice的高频动态磁芯电感模型的研究

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在射频通信系统和开关电源中经常用到磁芯电感,为了减小成本和提高实验成功率,在实验之前通常先对电路进行仿真。然而,仿真时只能调用软件自带的理想电感,忽略了磁芯电感的磁滞特性,导致仿真结果与实际相差很大,不能有效的指导实验。本文将针对这一问题,以建立仿真可调用的高频动态磁芯电感模型为目标,展开研究。建立高频动态磁芯电感模型的关键是建立描述磁芯电感磁滞特性的数学模型。本文在Jiles-Atherton静态磁滞数学模型的基础上,引入可表征磁芯电感在高频动态环境中的非线性特性的描述函数,建立了高频动态磁芯电感模型,克服了Jiles-Atherton模型只适合低频环境的缺陷。利用PSpice软件强大的ABM功能将高频动态磁芯电感数学模型转换成电路模型,并封装成可直接调用的磁芯电感元器件,为仿真时调用该元器件提供了方便。根据高斯-牛顿法的原理,利用MATLAB的fsolve函数求解Jiles-Atherton静态磁滞数学模型的基本参数的数值解,解决了该非线性方程组的零解和无解问题。采用最小二乘法求解动态磁滞数学模型参数,避免了求解自然频率所需要进行的铁磁共振实验。仿真磁芯电感模型的磁滞回线与实际测试结果进行对比,符合度达到70%以上。在三阶低通滤波器中调用本文所建的磁芯电感模型与理想电感进行仿真对比,结果表明磁芯电感模型的输出响应滞后于理想电感,截止频率略高于理想电感,输出信号的波形发生了畸变,较好的体现了磁芯电感的磁滞特性和非线性特性。总之,本文建立了可直接调用的高频动态磁芯电感模型,调用该模型进行仿真所得的结果更接近实际工作情况,有效的指导了电路设计工作和相关实验的进行。
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