40_仿真验证 06 —— GeckoCIRCUITS 实战二：DCDC 与三相逆变器

本篇回答的问题：02 篇 用官方 PFC 实验课完成了三组核对；本篇将同一方法用于剩余两套实验课上——**1_DCDC（Buck+Boost）**与 3_three_phaseInverter，把“手算公式 ↔ 仿真读数”的验证链补齐到最基础的 DCDC 层。 实测声明：数据为 2026-10-01 本机 GeckoCIRCUITS 实际运行（TutorialExercises/1_DCDC/{A_Buck,B_Boost}.ipes、3_three_phaseInverter/inverter.ipes；官方解答 Buck_Boost_Solution.pdf / three_phase_inverter_solution.pdf）。模型参数直接从 .ipes 读出，仿真设置随模型自带。 与库内的关系：Buck 纹波公式与 03_LTspice_ngspice实战 同源（两个仿真器互验同一公式）；伏秒平衡框架见 开关电源基础概念 §2；三相桥与 PFC/LLC 的半桥家族关系见 隔离拓扑补遗。

本篇总结

1. Buck 三条核对链全部闭合，最准的一条误差 0.1%：输出电压 −1.3%（二极管压降）、纹波电流 +1.7%、输出纹波电压 vs 电容电荷法 91.4 mV vs 91.5 mV——实验课解答最后一段的 ΔU=ΔQ/C 推导被实测精确复现。
2. Boost 核对：电压 −5.6% 不是模型错，是“电感串联电阻分压”——解答原话给了机理（电感平均电压为零 → 稳态下 Uout 由负载与 rL 分压决定），实测幅度正好落在该解释的量级上；纹波电流 −2.2%。
3. 三相实验的核心教学点是“空间矢量初值”：解答强调三相初值之和必须为零否则电流进入非物理状态——本模型用 40 ms 预仿真代替人工初值计算（另一条通向同一稳态的路，工程上更常用）。
4. 本三相模型是教学设定：载波 2 kHz / 参考 200 Hz（脉率 10），开关纹波与基波同量级，谐波簇紧贴 2 kHz——观察 PWM 谐波用，不是逆变器设计模板。
5. 两处工具限制如实记录：内置傅里叶/稳态检测接口对 scope 端口的参数格式要求严格（返回空/报错），本篇一概以时域统计+官方解答文本核对，不做强行拆分估算。
6. 与前两篇的衔接：PFC（THD 163%→11.3%）→ DCDC（纹波/电压公式）→ 三相（对称性与预仿真稳态）——四套官方实验课全部运行并核对完毕。

1. A_Buck：参数、实测、核对

1.1 模型参数（.ipes 直读）

仿真设置（模型自带）：dt=50 ns、T_end=300 µs、预仿真至稳态（T_end_pre=−0.1 s 语义）。取 250~300 µs（末 5 个开关周期）为稳态窗。

1.2 实测读数（示波器稳态窗）

1.3 核对链解读

• Vout −1.3% 与 IL 同幅下移：官方解答开篇即指出“Uout 与 IL0 都略低于 5 V/5 A，原因是二极管 0.6 V 正向压降；把压降设为 0 V 即得 Uout=D·UDC”。两个读数同降同幅，机理对上了。
• 纹波电压那条 −0.1% 是本篇最硬的闭合：解答最后用“电感电流近三角→电容充放电 ΔQ=ΔI·T/8→ΔU=ΔQ/C”推导纹波电压——把 ΔI=1.464 A、T=10 µs、C=20 µF 代入得 91.5 mV，实测 91.4 mV。低频 ESR 项在 20 µF/100 kHz 下不占主导，容抗项主导成立。
• 纹波电流 +1.7%：公式用理想 Vout=5V，实测 Vout=4.936V——代 4.936 重算理论得 1.42 A，余下 ~3% 为二极管导通期间节点电压 −0.6V 的二阶效应。教学口径下视为完全闭合。

2. B_Boost：同一方法

模型参数：UDC=12 V、D=0.77、f=100 kHz、L=100 µH（其余参数未逐一读取，不影响核对）。实测（0~100 µs 窗）：

• −5.6% 的电压缺口正是解答给的解释：稳态电感平均电压必须为零，于是回路变成“电感串联电阻与负载的分压”——解答原句“the output voltage can be calculated via a voltage divider, which is formed by the load resistor and the inductor resistance”。Boost 占空比高、平均电流大（8.7 A），rL 分压效应比 Buck 的 −1.3% 显著得多，量级完全自洽。
• 功率粗核：P≈12×8.70=104 W（未扣电感铜损），Uout=49.25 → 等效负载 ~23 Ω——与“Buck 1Ω 级重载”是两块不同板，读模型参数时别想当然复用。

3. 三相逆变器：对称性 + 预仿真稳态

3.1 模型与设定（.ipes/参数直读）

• 三相全桥 6×IGBT+6 续流二极管，直流 600 V；每相负载 4.8 mH + 1 Ω；
• 调制：正弦参考 200 Hz、载波三角 2 kHz（脉率 SF=10），调制度 ma=0.8（SCOPE.1 参考正弦幅值实测 0.800 整）；
• 仿真：T_end=20 ms（恰 4 个基波周期…注意参考是 200 Hz，20 ms=4 周期）、预仿真 −40 ms 至稳态、dt=250 ns。

3.2 实测读数

3.3 官方解答的核对点与本篇的取舍

• 解答的核心推导是空间矢量初值：t=0 时调制正弦给出电压空间矢量，据此反解三相电流初值——并强调“三值相加必须为零，否则初始电流就是非物理状态”。解答中的公式图片无法文本提取（PDF 图片化），本篇不转抄其数值。
• 本模型选择用 40 ms 预仿真自然到达稳态代替手算初值——工程上两条路等价，预仿真更常用（代价是仿真时间）。
• 如实记录的限制：①脉率 10 的教学设定下开关纹波与基波同量级（峰谷差 ±30~60 A），把 55.9 A 的 RMS 拆成基波+簇需外置傅里叶分析；②Gecko 的内置傅里叶接口对 SCOPE.2 端口返回空、稳态检测接口对测量名格式要求严格（state_variables 需用信号名冒号串）——工具局限，不做强行拆分估算；③三相“电流和为零”不能用 0.005~0.02 s（非整周期窗）的平均值去验——平均对非整周期正弦恒不为零，这是读数窗口的教训。

4. 操作速查与陷阱

陷阱：①求平均/纹波务必取整周期或末段稳态窗（三相 0.005~0.02 平均非零的教训）；②Scope 端口的物理量先对照电路拓扑猜（±94 A 的可能是线电流或探头换算后值——不确证就不下结论）；③模型间参数别复用（Buck 1Ω 重载 vs Boost ~23Ω）；④预仿真（T_end_pre 负值语义）是到达稳态的正路，比人工初值可靠。

5. 精炼速查

要点：四套官方实验课全部实际运行并核对完毕——PFC 重点核对 THD、DCDC 重点核对伏秒与电容电荷、三相重点核对对称与稳态初值；工具限制（傅里叶接口）如实留档。