Multisim仿真軟件在發(fā)動機電控設計中的應用

在電子電路設計的初級階段，電子工程師為了驗證電路的功能，往往是焊接一塊試驗板或在面包板上搭接電路，然后通過測試儀器進行分析和判斷。這種方法耗資耗時耗力，而且還受到硬件設備的制約，測量精度差。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，計算機輔助分析和仿真技術得到了較為廣泛的應用。加拿大Interactive Image Technologies公司在成功推出EWB（Electronics Workbench），Multisim2001的基礎上，于2003年5月發(fā)布了Multisim7.0仿真軟件，為電路功能的全面驗證及優(yōu)化提供了快捷、高效的手段。

一、Multisim 7.0的功能特點

Multisim7.0是一個虛擬實驗室，為使用者造就了一個集成一體化的試驗環(huán)境，他采用圖形化的輸入方式，只需進行簡單的拖放和連接操作，便可完成電路的搭建與分析。作為一個專業(yè)應用軟件，他具有以下特點：

（一）豐富的元件和測試儀器

Multisim7.0提供了數(shù)千種電路元件，包括基本獨立元件（電阻、電容、三極管等）、集成電路（74及40系列芯片、DA及AD、集成運放等）、源器件（各種獨立源、受控源、時鐘信號等）、基本顯示器件（伏特表、電流表、數(shù)碼管等）和其他元器件（繼電器、電磁鐵、直流電機等），而且還可以根據(jù)需要擴充或新建已有的元器件庫，大大方便了使用者。軟件中各元器件參數(shù)可調(diào)，并提供了理想值，這為分析電路的實際值與理論值的差異提供了依據(jù)。Multisim7.0的測試儀器包括數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、多綜示波器、掃頻儀、頻率計、邏輯分析儀等，很難設想實際購置這些儀器設備所需的巨額投資。

（二）動態(tài)可視化效果

Multisim7.0的元器件采用與實物一致的外形，使用者即便是第一次使用，也能方便地找到所需的元器件。對于測試儀器，其測量結果的顯示也與實際設備一致，能實時檢測系統(tǒng)的運行。另外，他的數(shù)碼管能夠發(fā)光、熔斷絲可以燒斷、蜂鳴器能夠發(fā)聲、電阻器能夠通過鍵盤隨時改變阻值，形象地表征了電路的動態(tài)特性，體現(xiàn)了其“軟件即儀器”的本質特性。

（三）多種分析功能

作為虛擬的電子工作臺，Multisim7.0提供了詳細的電路分析手段，不僅可以完成電路的瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析等常規(guī)電路分析方法，而且還提供了離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析和電路容差分析等共計27種電路分析方法，以幫助設計人員分析電路的性能。此外他還可以對被仿真電路中的元件設置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察到在不同故障情況條件下的電路工作狀態(tài)。

（四）兼容性好

Multisim 7.0的器件模型和分析方法都是建立在SPICE（Simulation Program with Integrated CircuitEmphasis）仿真程序的基礎上，因此他與SPICE的網(wǎng)格兼出PCB文件，這樣利用Multisim7.0一個軟件，便可完成從電路的設計分析直至印刷電路板格式文件輸出等全部設計工作，大大加快了產(chǎn)品的開發(fā)速度，提高了設計人員的工作效率。

二、Multisim 7.0用于噴油器驅動電路設計

（一）發(fā)動機噴油器驅動電路設計模型

在發(fā)動機電子控制中，噴油控制是其控制的核心，發(fā)動機整體性能的好壞都取決于噴油質量的高低，為了保證電控噴射系統(tǒng)有良好的工作性能，除了要求噴油器具有好的結構特性外，還應具有一個工作可靠的噴油器驅動電路。因此，要求在該電路的設計中有足夠的功率輸出以保證噴油器的正常工作；有快速的響應特性，以保證發(fā)動機在高速時也能正確放大噴射的脈沖信號；驅動電路也應該具有良好的開關特性，以減少噴油器開啟與關閉所需要的時間。因為噴油器每次的最大噴油時間較短，在其驅動電路上，應力求在噴油器開啟期間適當加大電流，使噴油器中的電磁線圈迅速勵磁，將噴油器快速開啟；在噴油器打開之后，只提供保持電流即可，這樣有助于噴油器迅速關閉，還可節(jié)省耗電。圖1是一種實用的噴油器驅動電路方案。

由單片機發(fā)出的噴油脈沖，分別送入單穩(wěn)態(tài)電路和功放管Q2，單穩(wěn)態(tài)電路輸出窄的開啟脈沖，經(jīng)波形變換后進入功放管Q1，這2個功放管均工作在開關狀態(tài)。當單穩(wěn)態(tài)電路輸出的窄脈沖使功放管Q1導通而處于飽和狀態(tài)時，相當于電阻R5短路，這時電源提供噴油器的開啟電流。通過調(diào)節(jié)R1C1即可得到適當?shù)膰娪烷_啟脈沖寬度。當單穩(wěn)態(tài)電路提供的噴油開啟脈沖消失時，功放管Q1截止，這時電源通過R5向噴油器提供保持電流，直到噴油脈沖消失時，功率管Q2也由飽和狀態(tài)變?yōu)榻刂?，噴油器關閉，噴油結束。

（二）仿真的實現(xiàn)及結果分析

利用Multisim7.0進行仿真時，從元件庫中選擇所需的器件拖放到工作區(qū)，雙擊器件可進行參數(shù)設定，拖動引腳可進行連線操作，圖2為噴油器驅動電路仿真電路圖。

在設計中，為了與實際情況一致，采用了頻率30 Hz，占空比10％的方波模擬控制信號，其代表的發(fā)動機轉速為1800 rpm，噴油脈寬為3.3ms。R1C1回路和電壓比較器A1構成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，輸出窄的開啟脈沖。比較器的負相輸入端通過R2和R3的分壓固定在2.5V，當噴油脈沖到來時，由于電容C1上的電壓不突變，所以a點得到5V的電壓，比較器輸出高電平，隨著噴油脈沖對電容的充電，a點電壓不斷下降，當?shù)陀?.5 V時，比較器發(fā)生翻轉，輸出低電平。根據(jù)所需開啟脈沖寬度，可得到R1C1的參數(shù)大小，本設計中輸出的脈寬為1ms。比較器輸出的開啟脈沖，經(jīng)過三極管Q3后，變?yōu)?2V的反相脈沖，配合PNP型功放管Q1來驅動由L1和R6構成的噴油器。由于噴油器為感性負載，為了避免電流消失時產(chǎn)生的反相電動勢對電路造成損壞，并聯(lián)了二極管D1來進行保護。

Multisim7.0仿真軟件的強大功能不僅體現(xiàn)在電路的方便設計上，更體現(xiàn)在他能夠對電路的工作情況進行監(jiān)測與分析，利用靜態(tài)分析工具，可以得到各測試點的靜態(tài)電壓，為了取得電路的瞬態(tài)特性，可以利用多路示波器進行觀測，圖3為同一時刻采集到的不同位置的電壓波形。

從圖3中可以看出，噴油器上得到了先高后低的電壓，達到了驅動電路的設計要求，如果調(diào)節(jié)R1C1參數(shù)，開啟脈沖會隨之發(fā)生相應變化。示波器得到的電壓波形，還可以保存為數(shù)據(jù)格式，方便進一步的處理。

三、結　語

在本設計中，許多器件采用了標準模型，所以得到的波形也比較理想，在實際應用中，還應考慮抗干擾和器件選擇等問題，但使用Multisim7.0仿真軟件無疑對電路的正確性和可行性進行了驗證，為電路的實際開發(fā)奠定了良好的基礎。