JP2010282359A - Method, device and program for circuit analysis, and recording medium with circuit analysis program recorded thereon - Google Patents

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JP2010282359A JP2009134247A JP2009134247A JP2010282359A JP 2010282359 A JP2010282359 A JP 2010282359A JP 2009134247 A JP2009134247 A JP 2009134247A JP 2009134247 A JP2009134247 A JP 2009134247A JP 2010282359 A JP2010282359 A JP 2010282359A
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Toshiaki Kikuma
俊明 菊間
Migaku Noda
琢 野田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate an error with high accuracy when operating numerical analysis by using a two-stage diagonally implicit Runge Kutta method, and to shorten a calculation time by using the estimated error. <P>SOLUTION: A circuit analysis method includes: executing circuit equation setting processing for setting dy/dt=f(y) as the circuit equation of an electronic circuit including a switching element based on the characteristic information of the circuit element of the electronic circuit; executing analysis processing to solve the circuit equation by using an (a) formula and (b) formula by a two-stage diagonally implicit Runge Kutta method, and to calculate a solution y<SB>n</SB>in the n-th step (n is a natural number); and executing error estimation processing to calculate coefficients a<SB>1</SB>and a<SB>2</SB>of a (d) formula, and to calculate coefficients b<SB>1</SB>, b<SB>2</SB>and b<SB>3</SB>of an (e) formula, and to calculate an (f) formula to estimate an error ε of the solution y<SB>n</SB>by substituting the coefficients b1, b2, and b3 into a difference between an analytic solution y*<SB>n</SB>at a time t<SB>n</SB>obtained by using Taylor development of a solution y<SB>n-1</SB>and the solution y<SB>n</SB>of the (e) formula, and to estimate the error ε by the (f) formula. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、回路解析方法、回路解析装置、回路解析プログラム、回路解析プログラムを記録した記録媒体に関する。   The present invention relates to a circuit analysis method, a circuit analysis device, a circuit analysis program, and a recording medium on which the circuit analysis program is recorded.

近年、電気エネルギーの利用において、電圧、電流、周波数などの変換を行う半導体電力変換装置は、民生、産業、運輸分野の様々な機器に応用され、その高性能化を実現する上で重要な技術となっている。一方、半導体電力変換装置の開発現場においては、多大なコストを要する模型試験の回数を削減したり、半導体電力変換装置の挙動を解析したりするなどの手段として、数値解析(シミュレーション)は不可欠なものとなっている。   In recent years, semiconductor power conversion devices that convert voltage, current, frequency, etc. in the use of electrical energy have been applied to various devices in the consumer, industrial, and transportation fields, and are important technologies for achieving high performance. It has become. On the other hand, in the field of development of semiconductor power converters, numerical analysis (simulation) is indispensable as a means of reducing the number of costly model tests and analyzing the behavior of semiconductor power converters. It has become a thing.

特に、トランジスタ等のスイッチング素子を含む電子回路の過渡現象解析に際しては、スイッチング素子の特性を詳細に考慮し、シミュレーションを行う必要がある。一般に高精度なシミュレーションを行うと、計算負荷が大きくなり計算時間が増大するという問題がある。   In particular, when analyzing a transient phenomenon of an electronic circuit including a switching element such as a transistor, it is necessary to perform a simulation in consideration of the characteristics of the switching element in detail. In general, when a highly accurate simulation is performed, there is a problem that the calculation load increases and the calculation time increases.

そこで、局所打ち切り誤差を推定し、この誤差が所定値以下となるように、シミュレーションを実行する際の時間刻み幅を可変とする方法がある(例えば、特許文献1参照)。例えば、スイッチング動作に掛かる時間は数十ナノ秒程度であるので、その時間においては時間刻み幅を数ナノ秒程度にし、それ以外の時間においては100ナノ秒〜1マイクロ秒程度とすることで、全体として計算時間を短縮することができる。   Therefore, there is a method of estimating the local truncation error and making the time step width at the time of executing the simulation variable so that this error becomes a predetermined value or less (see, for example, Patent Document 1). For example, since the time required for the switching operation is about several tens of nanoseconds, in that time, the time step width is about several nanoseconds, and at other times, about 100 nanoseconds to about 1 microsecond, Overall, the calculation time can be shortened.

ここで、シミュレーションに用いられる数値積分手法である二段対角型陰的ルンゲクッタ法(以下、2S-DIRK(2-Stage Diagonally Implicit Runge-Kutta)とも表記する。)は、台形則と同じ二次の精度を持ちながら、台形則のような数値振動の持続が生じないことが知られている(例えば、非特許文献1、非特許文献2参照。)。したがって、2S-DIRKは、スイッチング素子を含む電子回路の過渡現象をシミュレーションする際に用る数値積分手法として適していると考えられるが、その打ち切り誤差を高精度に推定する方法は確立されていないのが現状である。   Here, the two-stage diagonal implicit Runge-Kutta method (hereinafter also referred to as 2S-DIRK (2-Stage Diagonally Implicit Runge-Kutta)), which is the numerical integration method used in the simulation, is the same quadratic as the trapezoidal rule. It is known that the numerical vibration does not persist as in the trapezoidal law (see, for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2). Therefore, 2S-DIRK is considered to be suitable as a numerical integration method used for simulating transient phenomena in electronic circuits including switching elements, but no method has been established to accurately estimate the truncation error. is the current situation.

特開2007−328386号公報(請求項6)JP 2007-328386 A (Claim 6)

Taku Noda, Kiyoshi Takenaka, Toshio Inoue, “Numerical Integration by the 2-Stage Diagonally Implicit Runge-Kutta Method for Electromagnetic Transient Simulations”, IEEE Transactions Power Delivery, vol. 24, No. 1, pp. 390-399, 2009Taku Noda, Kiyoshi Takenaka, Toshio Inoue, “Numerical Integration by the 2-Stage Diagonally Implicit Runge-Kutta Method for Electromagnetic Transient Simulations”, IEEE Transactions Power Delivery, vol. 24, No. 1, pp. 390-399, 2009 井上俊夫、田中和幸、熊野照久「電力系統長時間動特性シミュレーション手法−系統電圧特性に着目した基本プログラムの開発−」、電力中央研究所 研究報告T01051, 2002Toshio Inoue, Yuki Tanaka, Teruhisa Kumano “Power System Long-Time Dynamics Simulation Method: Development of Basic Program Focusing on System Voltage Characteristics”, Central Research Laboratory Research Report T01051, 2002

本発明は、上記従来技術に鑑み、二段対角型陰的ルンゲクッタ法を用いて数値解析を行う際の誤差を高精度に推定し、また、この推定した誤差を用いて計算時間を短縮することができる回路解析方法、回路解析装置、回路解析プログラム、回路解析プログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。   In view of the above-described prior art, the present invention accurately estimates an error when performing a numerical analysis using a two-stage diagonal implicit Runge-Kutta method, and shortens the calculation time using the estimated error. An object of the present invention is to provide a circuit analysis method, a circuit analysis apparatus, a circuit analysis program, and a recording medium on which the circuit analysis program is recorded.

上記目的を達成するための本発明の第1の態様は、回路方程式設定手段と、解析手段と、誤差推定手段とを備えたコンピュータにおいて、前記回路方程式設定手段が、スイッチング素子を含む電子回路の回路素子の特性情報に基づき当該電子回路の回路方程式であるdy/dt=f(y)を設定する回路方程式設定処理を実行し、前記解析手段が、二段対角型陰的ルンゲクッタ法による以下の(a)式及び(b)式を用いて前記回路方程式を解き、第nステップ目(nは自然数)の解yを算出する解析処理を実行し、前記誤差推定手段が、(b)式の右辺に(d)式を代入し、テイラー展開することにより得られる式と(d)式とを比較することにより、(d)式の係数a,aを求め、この(a)式及び(b)式より導かれる(c)式の右辺に(d)式、(e)式及び前記係数a,aを代入し、テイラー展開することにより得られる式と(e)式を比較することにより、(e)式の係数b,b,bを求め、解yn−1のテイラー展開を用いて求めた時刻tにおける解析解y と(e)式のyとの差に前記係数b,b,bを代入することで解yの誤差εを推定する(f)式を算出し、当該(f)式により誤差εを推定する誤差推定処理を実行することを特徴とする回路解析方法にある。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a computer including circuit equation setting means, analysis means, and error estimation means, wherein the circuit equation setting means includes an electronic circuit including a switching element. A circuit equation setting process for setting dy / dt = f (y), which is a circuit equation of the electronic circuit, is executed based on the characteristic information of the circuit element, and the analysis unit performs the following by the two-stage diagonal implicit Runge-Kutta method. of (a) using the formula and (b) equation solving the circuit equation, (n is a natural number) the n-th step executes the analysis process of calculating the solution y n of said error estimation means, (b) By substituting the equation (d) into the right side of the equation and comparing the equation obtained by Taylor expansion with the equation (d), the coefficients a 1 and a 2 of the equation (d) are obtained, and this (a) (C) derived from the equation and the equation (b) Substituting the equations (d), (e) and the coefficients a 1 and a 2 into the right side of the equation, and comparing the equation obtained by Taylor expansion with the equation (e), the coefficient of the equation (e) b 1 , b 2 , b 3 are obtained, and the coefficient b 1 , b is calculated by adding the difference between the analytical solution y * n at time t n obtained using the Taylor expansion of the solution y n-1 and y n in the equation (e). b 2, b 3 to estimate the error ε of the solution y n by substituting (f) equation is calculated, the (f) circuit and executes the error estimation process for estimating the error ε by formula It is in the analysis method.

かかる第1の態様では、二段対角型陰的ルンゲクッタ法を用いて誤差の小さい高精度な数値解析を実現することができる。また、誤差を小さくできるため、その誤差を基準にして時間刻み幅hを決定する数値解析を行う際に、計算時間を短縮することができる。   In the first aspect, it is possible to realize a highly accurate numerical analysis with a small error by using the two-stage diagonal implicit Runge-Kutta method. In addition, since the error can be reduced, the calculation time can be shortened when performing numerical analysis for determining the time interval h based on the error.

本発明の第2の態様は、第1の態様に記載する回路解析方法において、前記(f)式のdf/dt
であることを特徴とする回路解析方法にある。
According to a second aspect of the present invention, in the circuit analysis method described in the first aspect, d 2 f / dt 2 in the equation (f) is
The circuit analysis method is characterized by the following.

かかる第2の態様では、4つの解に基づいて誤差を推定することができる。   In the second aspect, the error can be estimated based on the four solutions.

本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様に記載する回路解析方法において、前記解析処理では、前記スイッチング素子の状態変化と、前記誤差推定処理により算出した解yn−1の誤差εに基づいて時間刻み幅hを決定する時間刻み幅設定処理を実行した後、解yを算出することを特徴とする回路解析方法にある。 According to a third aspect of the present invention, in the circuit analysis method described in the first or second aspect, in the analysis process, the state change of the switching element and the solution y n−1 calculated by the error estimation process after performing the time step size setting process for determining the time step size h based on the error epsilon, in circuit analysis method characterized by calculating solutions y n.

かかる第3の態様では、電子回路を過渡状態にし得るスイッチング素子の状態変化に着目して時間刻み幅hを決定すること、電子回路中の他の素子を考慮に入れた場合よりも計算時間を短縮することができる。   In the third aspect, the time interval h is determined by paying attention to the state change of the switching element that can cause the electronic circuit to be in a transient state, and the calculation time is longer than when the other elements in the electronic circuit are taken into consideration. It can be shortened.

本発明の第4の態様は、第1〜第3の何れか一つの態様に記載する回路解析方法をコンピュータに実行させるための回路解析プログラムにある。   A fourth aspect of the present invention is a circuit analysis program for causing a computer to execute the circuit analysis method described in any one of the first to third aspects.

本発明の第5の態様は、請求項4に記載する回路解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体にある。   A fifth aspect of the present invention resides in a computer-readable recording medium on which a circuit analysis program according to claim 4 is recorded.

本発明の第6の態様は、請求項1〜請求項3の何れか一項に記載する回路解析方法を実行するように構成されたコンピュータを有することを特徴とする回路解析装置にある。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a circuit analysis apparatus including a computer configured to execute the circuit analysis method according to any one of the first to third aspects.

かかる第4〜第6の態様は、いずれも、これらを用いて上記回路解析を実施することができ、二段対角型陰的ルンゲクッタ法を用いて高精度な誤差の推定を実現するとともに、計算時間を短縮することができる。   In any of the fourth to sixth aspects, the above circuit analysis can be performed using these, and a highly accurate error estimation can be realized using the two-stage diagonal implicit Runge-Kutta method. Calculation time can be shortened.

本発明によれば、二段対角型陰的ルンゲクッタ法を用いて誤差の小さい高精度な数値解析を実現するとともに、当該誤差に基づいた可変時間刻み幅を採用することで計算時間を短縮することができる回路解析方法、回路解析装置、回路解析プログラム、回路解析プログラムを記録した記録媒体が提供される。   According to the present invention, the two-stage diagonal implicit Runge-Kutta method is used to realize high-precision numerical analysis with a small error, and the calculation time is shortened by adopting a variable time step size based on the error. A circuit analysis method, a circuit analysis device, a circuit analysis program, and a recording medium on which the circuit analysis program is recorded are provided.

本発明に係る回路解析装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the circuit analysis apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る回路解析装置のコンピュータのハードウェア構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the hardware constitutions of the computer of the circuit analysis apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る回路解析方法のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the circuit analysis method which concerns on this invention. 本発明に係る回路解析方法の誤差推定処理に関するフローを示す図である。It is a figure which shows the flow regarding the error estimation process of the circuit analysis method concerning this invention. 比較例に係る誤差推定方法のイメージである。It is an image of the error estimation method which concerns on a comparative example. 本発明に係る回路解析方法の解析対象であるRC回路図である。It is RC circuit diagram which is an analysis object of the circuit analysis method concerning the present invention. 本発明に係る回路解析方法の誤差と比較例(推定手法2)の誤差とを示すグラフである。It is a graph which shows the error of the circuit analysis method concerning this invention, and the error of a comparative example (estimation method 2). 本発明に係る回路解析方法の解析対象であるRLC回路図である。It is a RLC circuit diagram which is an analysis object of a circuit analysis method concerning the present invention. 本発明に係る回路解析方法の誤差と比較例(推定手法2)の誤差とを示すグラフである。It is a graph which shows the error of the circuit analysis method concerning this invention, and the error of a comparative example (estimation method 2). 本発明に係る回路解析方法の解析対象であるチョッパ回路図である。It is a chopper circuit diagram which is an analysis object of the circuit analysis method concerning the present invention. 本発明に係る回路解析方法によるMOSFETの電圧を示すグラフである。It is a graph which shows the voltage of MOSFET by the circuit analysis method concerning this invention. 本発明に係る回路解析方法による時間刻み幅の推移を示すグラフである。It is a graph which shows transition of the time step width by the circuit analysis method concerning the present invention. 本発明に係る回路解析方法の解析対象であるインバータ回路図である。It is an inverter circuit diagram which is an analysis object of the circuit analysis method concerning the present invention. 本発明に係る回路解析方法によるインバータ出力電流及びIGBT電圧を示すグラフである。It is a graph which shows the inverter output current and IGBT voltage by the circuit analysis method concerning this invention.

以下、本発明の実施形態に係る回路解析方法及び回路解析装置について説明する。本実施形態に係る回路解析装置1は、図1に示すように、回路方程式設定処理、解析処理及び誤差推定処理を実行する各手段11〜13を備えたコンピュータ20を有する装置である。図2に示すように、コンピュータ20は、CPU21、RAM22、ROM23、ハードディスク24等の記憶手段を備え、キーボードや記憶媒体読み取り装置などの入力装置30と、ディスプレイ、プリンタ等の出力装置40が接続されている。   Hereinafter, a circuit analysis method and a circuit analysis apparatus according to embodiments of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the circuit analysis apparatus 1 according to the present embodiment is an apparatus including a computer 20 including units 11 to 13 that execute circuit equation setting processing, analysis processing, and error estimation processing. As shown in FIG. 2, the computer 20 includes storage means such as a CPU 21, a RAM 22, a ROM 23, and a hard disk 24, and an input device 30 such as a keyboard and a storage medium reading device and an output device 40 such as a display and a printer are connected to the computer 20. ing.

図1に示すように、コンピュータ20が実行可能な手段は、後述する回路解析方法における各処理を実行する手段であり、具体的には、回路方程式設定手段11と、解析手段12と、誤差推定手段13とを有している。なお、これらの各手段11〜13は、後述する回路解析方法をコンピュータ20に実行させるための回路解析プログラム10として作成したものを読み込んで実行可能としたものである。   As shown in FIG. 1, means that can be executed by the computer 20 are means for executing each process in a circuit analysis method to be described later. Specifically, the circuit equation setting means 11, the analysis means 12, and error estimation are performed. Means 13. Each of these means 11 to 13 reads and executes what is created as a circuit analysis program 10 for causing the computer 20 to execute a circuit analysis method described later.

ここで、図3を用いて、回路解析方法の処理を詳細に説明する。図示するように、まず、スイッチング素子を含む電子回路の回路素子の特性情報に基づき当該電子回路の回路方程式であるdy/dt=f(y)を設定する回路方程式設定処理を実行する(ステップS1)。この処理は、回路方程式設定手段11により実行される。具体的には、ハードディスク24に記録された回路データ、又は、入力装置30を介して解析対象の回路の回路データをRAM22に読み込み、この回路データに基づいて回路方程式を作成する。   Here, the processing of the circuit analysis method will be described in detail with reference to FIG. As shown in the figure, first, a circuit equation setting process for setting dy / dt = f (y) which is a circuit equation of the electronic circuit based on the characteristic information of the circuit element of the electronic circuit including the switching element is executed (step S1). ). This process is executed by the circuit equation setting means 11. Specifically, circuit data recorded in the hard disk 24 or circuit data of a circuit to be analyzed is read into the RAM 22 via the input device 30, and a circuit equation is created based on the circuit data.

回路データは、電子回路を構成する各電子部品の特性とその接続関係を表す情報等を含む。回路方程式は、解析対象回路の接点電位、素子電流及び素子電圧を変数とする連立方程式であり、解析対象回路の接点の数をNs、素子の数をNbとすると、Ns+2Nb個の数の方程式を有する。   The circuit data includes information indicating the characteristics of each electronic component constituting the electronic circuit and the connection relationship thereof. The circuit equation is a simultaneous equation in which the contact potential, the element current, and the element voltage of the analysis target circuit are variables. When the number of contacts of the analysis target circuit is Ns and the number of elements is Nb, Ns + 2Nb number of equations are obtained. Have.

次に、二段対角型陰的ルンゲクッタ法により、回路方程式を解く解析処理を行う。具体的には、第nステップ目(nは自然数)の解を解yとすると、解析手段12は、初期解y等の回路方程式を解くために必要な初期値を設定する初期値設定処理(ステップS2)、第nステップ目の解yの計算処理で採用する時間刻み幅hの決定処理(ステップS3)、時刻tにおける解yの計算処理(ステップS4)を順次実行する。 Next, an analysis process for solving the circuit equation is performed by the two-stage diagonal implicit Runge-Kutta method. Specifically, when (n is a natural number) the n-th step to the solution the solution y n of the analysis means 12, the initial value setting to set an initial value necessary for solving the circuit equation such as the initial solution y 0 process (step S2), the process of determining the time step size h employed in the calculation process of the n-th step of the solution y n (step S3), and executes calculation processing of the solution y n at time t n (the step S4) sequentially .

そして、誤差推定手段13が、解yについての誤差を推定する誤差推定処理を実行する(ステップS5)。最後に、計算終了時刻を越えたか否かを判別し(ステップS6)、すなわち、時刻tが所定の時刻を越えていないならば(ステップS6:No)、第n+1ステップ目として、ステップS3〜S5を実行する。一方、時刻tが所定の時刻を越えているならば(ステップS6:Yes)、計算を終了する。 Then, the error estimating means 13 executes the error estimation process for estimating the error for the solution y n (step S5). Finally, it is determined whether or not exceeds the calculated end time (step S6), and that is, if the time t n does not exceed the predetermined time (Step S6: No), as the n + 1 th step Step S3~ S5 is executed. On the other hand, if the time t n exceeds the predetermined time (step S6: Yes), the calculation is terminated.

以下、順番が前後するが、まず時刻tにおける解yの計算処理について詳細に説明する。すなわち、時間刻み幅hの決定処理(ステップS3)により時間刻み幅hが決定されたものとして、当該計算処理について説明する。 Hereinafter, although the order will be changed, the calculation process of the solution y n at time t n will be described in detail. That is, the calculation process will be described on the assumption that the time interval h is determined by the determination process of the time interval h (step S3).

本発明に係る回路解析方法では、2S-DIRKにより回路方程式を解く。このとき、時間刻み幅hで、時刻tn−1からtに進むための数式は次の通りとなる。 In the circuit analysis method according to the present invention, the circuit equation is solved by 2S-DIRK. At this time, the formula for proceeding from time t n−1 to t n with time step width h is as follows.

まず、数9の式を用いて、一時的な解
を算出する。なお、「s」は、2S-DIRKでは、s=1−1/SQRT(2)(SQRTは平方根を求める関数)であり、前述の初期値設定処理(ステップS2)で予め入力し、RAM22に記憶しておく。
First, a temporary solution using the equation
Is calculated. Note that “s” is s = 1−1 / SQRT (2) (SQRT is a function for obtaining a square root) in 2S-DIRK, which is input in advance in the above-described initial value setting process (step S2) and stored in the RAM 22. Remember.

次に、数10の式を用いて、時刻tにおける解yを求める。2S-DIRKでは、α=−SQRT(2)、β=1+SQRT(2)であり、前述の初期値設定処理(ステップS2)で予め入力し、RAM22に記憶しておく。 Next, a solution y n at time t n is obtained using the equation (10). In 2S-DIRK, α = −SQRT (2) and β = 1 + SQRT (2), which are previously input in the initial value setting process (step S2) and stored in the RAM 22.

なお、数9及び数10に記載の各式から解yは数11の(c)式のように表すこともできる。 Incidentally, the solution from the formulas described Equation 9 and number 10 y n can be expressed as in equation 11 in equation (c).

次に、上記計算により求めた解yについての誤差εを推定する誤差推定処理(ステップS5)について説明する。 Next, error estimation process for estimating the error ε of the solution y n obtained by the calculation for (step S5) will be described.

まず、解
を(d)式のように表し、(b)式の右辺に(d)式を代入し、テイラー展開することにより得られる式と(d)式を比較することにより(d)式の係数a,aを求める。
First, the solution
Is expressed as (d), and (d) is substituted into the right side of (b), and the equation obtained by Taylor expansion and (d) are compared with the coefficient a of (d). 1, seek a 2.

ここで、(d)式は次の(d1)式のように表せる。
Here, the equation (d) can be expressed as the following equation (d1).

(b)式の右辺の解に(d1)式を代入すると、以下の(d2)式が得られる。
Substituting equation (d1) into the solution on the right side of equation (b) yields the following equation (d2).

(d2)式を解yn−1でテイラー展開すると、次の(d3)式が得られる。
When the equation (d2) is Taylor-expanded with the solution y n−1 , the following equation (d3) is obtained.

(d1)式の右辺と(d3)式の右辺を比較すると以下の(d4)式が得られ、a=1,a=1と決定できる。
When the right side of the formula (d1) and the right side of the formula (d3) are compared, the following formula (d4) is obtained, and it can be determined that a 1 = 1 and a 2 = 1.

次に、解yを(e)式のように表す。
Next, expressed as a solution y n (e) expression.

(e)式は、数14と同様にして(e1)式のように表すことができる。
The expression (e) can be expressed as the expression (e1) in the same manner as the expression 14.

ここで、(c)式に(d1)式及び(e1)式を代入すると、(e2)式が得られる。
Here, when the expressions (d1) and (e1) are substituted into the expression (c), the expression (e2) is obtained.

(e2)式を解yn−1でテイラー展開すると、(e3)式が得られる。
When the equation (e2) is Taylor-expanded with the solution y n−1 , the equation (e3) is obtained.

ここで、物理現象に対して、時間刻み幅hを十分細かく取っていて線形と見なせる場合、
とすることができるので、(e1)式の右辺と、(e3)式の右辺とを比較すると(e4)式が得られる。
Here, for a physical phenomenon, if the time interval h is sufficiently fine and can be regarded as linear,
Therefore, when the right side of equation (e1) is compared with the right side of equation (e3), equation (e4) is obtained.

よって、係数b=1、b=1/2、b≒0.2071と決定できる。ここで、時刻tでの解析解y は、yn−1のテイラー展開を用いて(h)式で表せる。
Therefore, it can be determined that the coefficients b 1 = 1, b 2 = 1/2, and b 3 ≈0.2071. Here, the analytical solution y * n at time t n, by using the Taylor expansion of y n-1 expressed by (h) formula.

(e3)式にb=1、b=1/2、b≒0.2071を代入した式と、(h)式との差により誤差εを推定する(f)式が求まる。
(E3) the formula obtained by substituting b 1 = 1, b 2 = 1/2, b 3 ≒ 0.2071 to equation to estimate the error epsilon (f) equation is obtained by the difference (h) and expression.

なお、(f)式中の、df/dtについては、次のようにして求めることができる。yn−3、yn−2、yn−1をyに関してテイラー展開すると、数26の通りとなる。
Incidentally, (f) in the formula for d 2 f / dt 2 can be obtained as follows. When Taylor expansion is performed on y n−3 , y n−2 , and y n−1 with respect to y n , Equation 26 is obtained.

数26の4式から、
となり、
と表すことができる。
From the four equations in Equation 26,
And
It can be expressed as.

以上のようにして、時刻tにおける解yとその誤差εを計算した。その後は、前述したように、計算終了時刻を越えたか否かにより、計算を終了するか、時間刻み幅hの決定処理を行う(図3参照)。 As described above, the solution y n and its error ε at time t n were calculated. Thereafter, as described above, the calculation is terminated or the time interval h is determined depending on whether the calculation end time is exceeded (see FIG. 3).

時間刻み幅hは、スイッチング素子の状態変化、例えば、ゲート電圧の変化と、誤差εに基づいて定める。図4を用いて、この時間刻み幅hの決定処理について詳細に説明する。まず、初期値設定処理において、時間刻み幅の最小値である最小刻み幅hmin、最大値である最大刻み幅hmax、刻み延長禁止ステップ数(S、S)、許容できる誤差の最大値である許容誤差rを予め入力しRAM22に記憶しておく。 The time interval h is determined based on a change in the state of the switching element, for example, a change in the gate voltage and an error ε. The determination process of the time interval h will be described in detail with reference to FIG. First, in the initial value setting process, the minimum step size h min that is the minimum value of the time step size, the maximum step size h max that is the maximum value, the number of step extension prohibition steps (S a , S b ), and the maximum allowable error. A tolerance r which is a value is input in advance and stored in the RAM 22.

次に、ゲート電圧源や、回路中のスイッチング素子に状態変化があるか否かを確認する(ステップS10)。   Next, it is confirmed whether or not there is a state change in the gate voltage source or the switching element in the circuit (step S10).

ここで、スイッチング素子の状態変化に着目するのは、単に、誤差εのみに基づいて時間刻み幅hを決定しようとすると、計算時間が膨大となるからである。詳言すると、特に、回路素子は数百から数千個存在するような複雑な回路においては、回路素子にはインダクタやキャパシタといった動的素子の数も相当数になるが、これら全てについて解を保存し((g)式にも示したように4点の解を必要とする)、各素子についての誤差全てを対象として時間刻み幅hを決定することになるからである。   Here, attention is paid to the state change of the switching element because the calculation time becomes enormous if the time interval h is simply determined based on only the error ε. More specifically, especially in a complex circuit where there are hundreds to thousands of circuit elements, the number of dynamic elements such as inductors and capacitors is considerable. This is because it is stored (requiring four solutions as shown in the equation (g)), and the time increment h is determined for all errors for each element.

一方、スイッチング素子を含む電子回路、特にパワーエレクトロニクス回路の特徴は、スイッチング素子のON/OFFによる転流動作を行うことにより電力変換を行っていることや、パワーエレクトロニクス回路において、一般的に最も時定数の短い過渡現象は、スイッチング素子のスイッチングによる電流の急変であることが挙げられる。   On the other hand, an electronic circuit including a switching element, particularly a power electronics circuit, is characterized in that power conversion is performed by performing a commutation operation by ON / OFF of the switching element, and that power electronics circuits are generally the most common. A transient phenomenon with a short constant is a sudden change in current due to switching of the switching element.

よって、パワーエレクトロニクス回路をはじめとするスイッチング素子を含む電子回路においては、スイッチング素子の状態、例えば電流の変化を監視していれば回路が過渡状体にあるのか、過渡状体収束後の安定状態にあるかが判定できる。   Therefore, in an electronic circuit including a switching element such as a power electronics circuit, if the state of the switching element, for example, a change in current is monitored, the circuit is in a transient state or a stable state after the transient state is converged. Can be determined.

このような理由により、時間刻み幅hを決定する条件の一つとしてスイッチング素子の状態変化を用いることで、計算時間の短縮を図ることができる。   For this reason, the calculation time can be shortened by using the state change of the switching element as one of the conditions for determining the time interval h.

スイッチング素子の状態、例えばゲート電圧の状態変化があった場合(ステップS10:Yes)、時間刻み幅hをhminとし、現在のステップからsステップ後までの間は、h=hminとする(ステップS11)。 When there is a change in the state of the switching element, for example, the gate voltage (step S10: Yes), the time increment h is set to h min, and h = h min from the current step to after the sa step. (Step S11).

次に、状態変化がない場合(ステップS10:No)であって、現在のステップが、時間刻み幅変更禁止時刻に無い場合、誤差εmaxと許容誤差rを比較し、εmax<0.1×rかつh<hmaxならば(ステップS12:Yes)、時間刻み幅hを2倍にする(ステップS13)。なお、誤差εmaxとは、直近の数ステップ、例えば10ステップにおける誤差εの最大値である。このような直近10ステップの誤差εの最大値である誤差εmaxを用いるのは、解析対象になっている物理現象の時定数と比べて、時間刻み幅hが粗いなどの理由により、或るステップで誤差を過小に評価してしまった場合に、時間刻み幅hを延長するのを防止するためである。ステップS12の条件が成立しない場合(ステップS12:No)、εmax>rかつh>hminならば(ステップS14:Yes)、時間刻み幅hを半分にする(ステップS15)。なお、ステップS13又はステップS15で時間刻み幅hを変更した場合は、その後、sステップ経過するまでは時間延長を禁止する。 Next, when there is no state change (step S10: No), and when the current step is not at the time step change prohibition time, the error εmax is compared with the allowable error r, and ε max <0.1 ×. If r and h <h max (step S12: Yes), the time interval h is doubled (step S13). The error ε max is the maximum value of the error ε in the last few steps, for example, 10 steps. The error ε max that is the maximum value of the error ε of the latest 10 steps is used because the time step h is coarse compared to the time constant of the physical phenomenon to be analyzed. This is to prevent the time interval h from being extended when the error is underestimated in the step. If the condition of step S12 is not satisfied (step S12: No), if ε max > r and h> h min (step S14: Yes), the time increment h is halved (step S15). If the time interval h is changed in step S13 or step S15, then the time extension is prohibited until sb steps have elapsed.

なお、ステップS12において、εmax<0.1×rとしたのは、(f)式より、2S-DIRKにおいて、時間刻み幅hが2倍になれば誤差が8倍となるからである。つまり、現在の誤差推定値が許容誤差rの1/8以下になっていれば、時間刻み幅hを2倍にしても次のステップでの誤差が許容誤差rを超えることはないと考えられるからである。上記の例では、さらに余裕を見て、誤差εが許容誤差の1/10以下になっていれば時間刻み幅hを2倍にすることとした。 In step S12, ε max <0.1 × r is set because, from 2E-DIRK, the error increases 8 times if the time increment h is doubled in 2S-DIRK. In other words, if the current error estimated value is 1/8 or less of the allowable error r, the error in the next step will not exceed the allowable error r even if the time interval h is doubled. Because. In the above example, the margin is further increased, and if the error ε is 1/10 or less of the allowable error, the time interval h is doubled.

以上に説明した回路解析方法及び当該方法を実行するように構成された回路解析装置によれば、スイッチング素子を含む電子回路の回路方程式を2S-DIRKを用いて解くとともに、その誤差を推定することができる。以下、本発明に係る回路解析方法により推定された誤差の精度と、計算時間が短縮されたことを比較例との比較により説明する。また、比較に際しては、近似的に求めた誤差の真値との比較も行う。   According to the circuit analysis method described above and the circuit analysis device configured to execute the method, the circuit equation of the electronic circuit including the switching element is solved using 2S-DIRK and the error is estimated. Can do. Hereinafter, the accuracy of the error estimated by the circuit analysis method according to the present invention and the fact that the calculation time is shortened will be described by comparison with a comparative example. In comparison, comparison is also made with the true value of the error obtained approximately.

[比較例]
まず、本発明に係る回路解析方法との比較対象となる誤差の推定方法を説明する。2S-DIRKでは、時刻tn−1からtに進む際、両者の中間的な時刻
[Comparative example]
First, an error estimation method to be compared with the circuit analysis method according to the present invention will be described. In 2S-DIRK, in going from the time t n-1 to t n, both intermediate time

での解
を求め((a)式)、その後、時刻tでの解yを求める。また、解yn−1から解
を求める際に使用する計算手法は後退オイラー法と同一の手法である。よって、近似的には、図5に示すように、解yn−1と解
を結ぶ直線より求める時刻tでの解ynbは、解yn−1から解yを時間刻み幅hの後退オイラー法によって求めた解の近似解と考えることもできる。解yと解ynbとの差をεとする。解析対象となっている現象に対して時間刻み幅hが十分に小さければ現象は線形近似でき、解yと解ynbの差は小さくなる。後退オイラー法は一次の精度であり、2S-DIRKは二次の精度であるので、ynbと比較してyは十分真値に近い。よって、εは後退オイラー法の局所打ち切り誤差の近似値を求めていることとなる。εは直接2S-DIRKの局所打ち切り誤差を求めるものではないものの、2S-DIRKの局所打ち切り誤差は通常εb以下となっていると考えられるので、εは局所打ち切り誤差の目安にできる。
Solution at
The calculated ((a) type), then solving y n at time t n. The solution from solution yn -1
The calculation method used when obtaining is the same as the backward Euler method. Therefore, the approximation, as shown in FIG. 5, the solution y n-1 solution
The solution y nb at the time t n obtained from the straight line connecting can be considered as an approximate solution of the solution y n-1 to the solution y n obtained by the backward Euler method with a time interval h. The difference between the solution y n and the solution y nb is defined as ε b . If the time interval h is sufficiently small with respect to the phenomenon to be analyzed, the phenomenon can be linearly approximated, and the difference between the solution y n and the solution y nb becomes small. Backward Euler is one order accurate, because 2S-DIRK is a secondary precision, close y n is sufficiently true value as compared to the y nb. Therefore, epsilon b can be assumed to seek approximate value of the local truncation error of Backward Euler. Although epsilon b is not intended determine local truncation error directly 2S-DIRK, it is considered that the local truncation error of 2S-DIRK has a normal εb less, epsilon b can be a measure of the local truncation error.

[誤差の真値ε
近似的に誤差の真値εを次のステップで算出する。
(1)時間刻み幅hで1回積分を行うことにより、時刻tn−1から計算値yを求める。
(2)時間刻み幅0.01hで100回積分を行うことにより、時刻tn−1から近似的な真値y を求める。y は厳密には真値ではないが、時間刻み幅hを上記(1)で求める場合の1/100としているので、(1)で求めた計算値yと比べて十分に真値に近い。
(3)(1)、(2)で求めたyとy との差により、1ステップの積分で生じた打ち切り誤差の真値εを求める。
(4)時刻tでの解をyとして、同様に時刻tn+1での解yn+1を算出する。
[True value of error ε t ]
The true value ε t of the error is approximately calculated in the next step.
(1) by performing a single integration time step size h, obtaining a calculated value y n at time t n-1.
(2) Approximate true value y * n is obtained from time t n−1 by performing integration 100 times with a time interval of 0.01 h. y * n is not strictly a true value, since the time step size h is set to 1/100 of the case of obtaining the above (1), sufficiently compared with the calculated value y n obtained in (1) true value Close to.
(3) The true value ε t of the truncation error generated by the one-step integration is obtained from the difference between y n and y * n obtained in (1) and (2).
(4) the solution at time t n as y n, similarly calculating solutions y n + 1 at the time t n + 1.

[誤差の推定精度の比較1]
図6は、解析対象の電子回路の一例であるRC回路である。図7は、このRC回路について計算した、本発明に係る回路解析方法により誤差εと、比較例による誤差εと、誤差の真値εとを比較したものである。図中、「推定手法1」は、本発明に係る回路解析方法による誤差、「推定手法2」は、比較例による誤差εを示している(以下、他の比較図においても同様である。)。詳細には、図7(a)は時間刻み幅hを1msとし、図7(b)は時間刻み幅hを0.1sとした場合の誤差を比較したものである。
[Comparison of error estimation accuracy 1]
FIG. 6 is an RC circuit which is an example of an electronic circuit to be analyzed. FIG. 7 shows a comparison between the error ε calculated by the circuit analysis method according to the present invention, the error ε b of the comparative example, and the true value ε t of the error calculated for the RC circuit. In the figure, "estimation method 1", the error due to circuit analysis method according to the present invention, "estimation method 2" indicates the error epsilon b according to the comparative example (hereinafter, the same applies in other comparison diagram. ). Specifically, FIG. 7A shows a comparison of errors when the time interval h is 1 ms, and FIG. 7B compares the error when the time interval h is 0.1 s.

図7(a)においては、推定手法1の誤差εは、完全に誤差の真値εと重なっており、図7(b)においては、推定手法1の誤差εは、電圧印加直後(t=0付近)において誤差が見られるものの、その後はほぼ誤差の真値εと一致している。また、いずれの時間刻み幅hであっても、推定手法2の誤差εは、推定手法1及び真値εと比べて打ち切り誤差を過大に見積もっている。また、図7(a)と図7(b)とを比較すると分かるように、時間刻み幅hを大きくすると、推定手法1による誤差εは、誤差の真値εよりも過大に誤差を見積もっている。これは、誤差を推定するに当たり、安全側に見積もっていることとなる。 In FIG. 7A, the error ε of the estimation method 1 completely overlaps the true value ε t of the error, and in FIG. 7B, the error ε of the estimation method 1 is immediately after the voltage application (t Although an error is observed in the vicinity of = 0), after that, it almost coincides with the true value ε t of the error. In any time interval h, the error ε b of the estimation method 2 overestimates the truncation error compared to the estimation method 1 and the true value ε t . As can be seen from a comparison between FIG. 7A and FIG. 7B, when the time interval h is increased, the error ε by the estimation method 1 is estimated to be larger than the error true value ε t. ing. This means that the error is estimated on the safe side.

[誤差の推定精度の比較2]
図8は、解析対象の電子回路の一例であるRLC回路である。図9は、このRLC回路について計算した、本発明に係る回路解析方法により誤差εと、比較例による誤差εと、誤差の真値εとを比較したものである。詳細には、図9(a)は時間刻み幅hを10μsとし、図9(b)は時間刻み幅hを200μsとした場合の誤差を比較したものである。
[Comparison of error estimation accuracy 2]
FIG. 8 shows an RLC circuit which is an example of an electronic circuit to be analyzed. FIG. 9 shows a comparison between the error ε calculated by the circuit analysis method according to the present invention, the error ε b according to the comparative example, and the true value ε t of the error calculated for the RLC circuit. Specifically, FIG. 9A shows a comparison of errors when the time interval h is 10 μs, and FIG. 9B compares the error when the time interval h is 200 μs.

前記した「誤差の推定精度の比較1」と同様に、図9(a)においては、推定手法1の誤差εは、完全に誤差の真値εと重なっており、図9(b)においては、推定手法1の誤差εは、ほぼ誤差の真値εと一致している。また、いずれの時間刻み幅hであっても、推定手法2の誤差εは、推定手法1及び真値εと比べて打ち切り誤差を過大に見積もっている。 Similar to “Comparison 1 of error estimation accuracy” described above, in FIG. 9A, the error ε of the estimation method 1 completely overlaps with the true value ε t of the error, and in FIG. The error ε of the estimation method 1 substantially coincides with the true value ε t of the error. In any time interval h, the error ε b of the estimation method 2 overestimates the truncation error compared to the estimation method 1 and the true value ε t .

ここで、本発明に係る回路解析方法(推定手法1)と推定手法2との特徴を表1に示す。   Table 1 shows the characteristics of the circuit analysis method (estimation method 1) and the estimation method 2 according to the present invention.

[計算時間の比較]
前記したように、本発明に係る回路解析方法によれば、推定手法2よりも高精度に誤差を推定することができる。
[Comparison of calculation time]
As described above, according to the circuit analysis method of the present invention, the error can be estimated with higher accuracy than the estimation method 2.

このことは、より適切に時間刻み幅hを変更して計算時間を短縮することに寄与する。なぜならば、(1)スイッチング素子を含む電子回路、特に、パワーエレクトロニクス回路では、非常に短い周期でスイッチングを行っているため、一度に時間刻み幅hを延長できる区間が短い、(2)実際には時間刻み幅hが延長できるにも関わらず、推定手法2による打ち切り誤差の推定は誤差を過大に見積もるため、延長できない(誤差εが許容誤差rに近くなるためである。図4ステップ13参照)、という理由によるからである。 This contributes to shortening the calculation time by changing the time interval h more appropriately. This is because (1) electronic circuits including switching elements, particularly power electronics circuits, perform switching with a very short period, so that the time interval h can be extended at a time is short. (2) despite the possible extension time step size h, estimation of truncation error by the estimation method 2 for estimating excessive errors, because you can not extend the (error epsilon b is close tolerances r. Figure 4 step 13 This is because of the reason.

このため、推定手法2によれば、回路が過渡状態収束後の安定状態になっても、時間刻み幅hを大きくできないことにより計算時間が短縮できない可能性が高い。一方、本発明に係る回路解析方法によれば、誤差を高精度に推定できるため、過渡状態収束後の安定状態に追随して時間刻み幅hを短縮することができるので、計算時間を短縮することができる。   For this reason, according to the estimation method 2, there is a high possibility that the calculation time cannot be shortened because the time increment h cannot be increased even if the circuit is in a stable state after convergence of the transient state. On the other hand, according to the circuit analysis method of the present invention, since the error can be estimated with high accuracy, the time interval h can be shortened following the stable state after the convergence of the transient state, so the calculation time is shortened. be able to.

以下、本発明に係る回路解析方法による解を求めるに際し、固定時間刻みで行った場合とを比較し、可変時間刻みで行った場合においても高精度に解を計算できることを示す。   In the following, when obtaining a solution by the circuit analysis method according to the present invention, it is shown that the solution can be calculated with high accuracy even when it is performed in variable time increments when compared with the case where the solution is performed in fixed time increments.

[固定時間刻みとの比較1]
図10は、本比較における解析対象のチョッパ回路である。同図の丸印部分は、スイッチング素子(MOSFET)の電流を監視する部分を示している。図11は、スイッチング素子の電圧−時間のグラフである。同図には、可変時間刻み(本発明の回路解析方法)と固定時間刻みのそれぞれにより計算された電圧値が示されている。
[Comparison with fixed time increment 1]
FIG. 10 shows a chopper circuit to be analyzed in this comparison. The circled portion in the figure shows a portion for monitoring the current of the switching element (MOSFET). FIG. 11 is a voltage-time graph of the switching element. In the figure, voltage values calculated by variable time increments (circuit analysis method of the present invention) and fixed time increments are shown.

シミュレーション条件は、hmin=2ns、hmax=128ns、r=0.01A、sa=100、sb=12である。最小時間刻みを2nsに設定したのは、MOSFETのスイッチングにかかる期間は、通常数十nsなので、MOSFETのスイッチング時の波形をシミュレーションで正確に再現しようという場合、時間刻み幅hは数ns程度に設定する必要があるからである。 The simulation conditions are h min = 2 ns, h max = 128 ns, r = 0.01 A, sa = 100, and sb = 12. The minimum time step is set to 2 ns because the MOSFET switching period is usually several tens of ns. Therefore, when trying to accurately reproduce the waveform at the time of MOSFET switching by simulation, the time step width h is about several ns. This is because it is necessary to set.

図11(a)に示すように、可変時間刻みによる計算値は、固定時間刻みと区別がつかないほど一致している。また、図11(a)を拡大した図11(b)においては、可変時間刻みとしたことにより、ゲート電圧の立ち上がりが遅れたため、波形は完全には一致していないが、ほぼ同様の波形となっている。   As shown in FIG. 11 (a), the calculated values in variable time increments are in agreement with the fixed time increments indistinguishable from each other. Further, in FIG. 11B, which is an enlarged view of FIG. 11A, since the rise of the gate voltage is delayed due to the variable time increments, the waveforms do not completely coincide with each other. It has become.

また、可変時間刻みで計算した時間刻み幅の推移を図12に示す。同図に示すように、時間刻み幅hが細かくなっているのは、ゲートドライブ電圧が変化し、回路中のMOSFETがスイッチングを行っているときであり、スイッチング期間が終了し、回路の過渡現象が収まるにつれて時間刻み幅hも延長されていることが示されている。   Further, FIG. 12 shows the transition of the time step width calculated by the variable time step. As shown in the figure, the time interval h becomes fine when the gate drive voltage changes and the MOSFET in the circuit is switching, and the switching period ends, and the circuit transient phenomenon occurs. It is shown that the time interval h is extended as the value of.

なお、本比較では、固定時間刻みで184秒、可変時間刻み(本発明の回路解析方法)では5秒の時間を要した。すなわち、本回路において本発明に係る回路解析方法では、37倍高速化されたこととなる。計算にはCPUがIntel(R)Core(TM)2QuadCPU、2.40GHzのコンピュータを用いた。   In this comparison, 184 seconds were required for the fixed time step, and 5 seconds were required for the variable time step (the circuit analysis method of the present invention). In other words, the circuit analysis method according to the present invention is 37 times faster in this circuit. A computer with an Intel (R) Core (TM) 2 Quad CPU and 2.40 GHz CPU was used for the calculation.

[固定時間刻みとの比較2]
本比較では、スイッチングを行う半導体素子数が多く、スイッチング周波数が高い回路で計算時間の短縮効果を検証する。図13は、本比較における解析対象のインバータ回路である。同回路は、昇圧チョッパと単相インバータを組み合わせたもので、昇圧チョッパにてMOSFETを1つ、単相インバータにてIGBTを4つと、合計5個の素子を用いてスイッチングを行っている。また、昇圧チョッパのキャリア周波数は72kHz、単相インバータのキャリア周波数は18kHzと、キャリア周波数が高く設定されている。なお、同図の丸印部分は、電流の打ち切り誤差を監視する部分である。
[Comparison with fixed time increment 2]
In this comparison, the effect of shortening the calculation time is verified with a circuit having a large number of semiconductor elements that perform switching and a high switching frequency. FIG. 13 shows an inverter circuit to be analyzed in this comparison. This circuit is a combination of a step-up chopper and a single-phase inverter, and switching is performed using a total of five elements: one MOSFET in the step-up chopper and four IGBTs in the single-phase inverter. Further, the carrier frequency of the boost chopper is set to 72 kHz, and the carrier frequency of the single-phase inverter is set to 18 kHz. The circled portion in the figure is a portion for monitoring current truncation error.

図14(a)に示すように、本発明に係る回路解析方法によるインバータ出力電流は、固定時間刻みの場合と比較して、区別がつかないほど一致している。また、図14(b)、(c)に示すように、IGBT電圧の波形についても、本発明に係る回路解析方法と固定時間刻みの双方とも、区別がつかないほど一致している。   As shown in FIG. 14 (a), the inverter output currents according to the circuit analysis method according to the present invention are indistinguishable from each other as compared with the fixed time step. Further, as shown in FIGS. 14B and 14C, the waveform of the IGBT voltage also matches the circuit analysis method according to the present invention and the fixed time step so that they cannot be distinguished.

0msから30msまでhmin=2ns、hmax=128ns、r=0.01A、s=250、s=12と設定して計算を行った場合、固定時間刻みで18313秒、可変時間刻みで5249秒の時間を要した。すなわち、本回路において本発明に係る回路解析方法では、3.48倍高速化されたこととなる。 From 0 ms to 30 ms, when calculation is performed with h min = 2 ns, h max = 128 ns, r = 0.01 A, s a = 250, s b = 12, 18313 seconds in fixed time increments, in variable time increments It took 5249 seconds. In other words, the circuit analysis method according to the present invention is 3.48 times faster in this circuit.

以上に説明したように、本発明に係る回路解析方法、及び同方法を実行するように構成された回路解析装置では、二段対角型陰的ルンゲクッタ法を用いて誤差の小さい高精度な数値解析を実現するとともに、当該誤差に基づいた可変時間刻み幅を採用することで計算時間を短縮することができる。   As described above, the circuit analysis method according to the present invention and the circuit analysis apparatus configured to execute the method use the two-stage diagonal implicit Runge-Kutta method to provide high-precision numerical values with small errors. While realizing the analysis, the calculation time can be shortened by adopting a variable time step based on the error.

本発明は、スイッチング素子を含む電子回路の過渡現象解析を行う産業分野で利用することができる。   The present invention can be used in the industrial field of performing transient analysis of electronic circuits including switching elements.

1 回路解析装置
10 回路解析プログラム
11 回路方程式設定手段
12 解析手段
13 誤差推定手段
20 コンピュータ
21 CPU
22 RAM
23 ROM
24 ハードディスク
30 入力装置
40 出力装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Circuit analyzer 10 Circuit analysis program 11 Circuit equation setting means 12 Analysis means 13 Error estimation means 20 Computer 21 CPU
22 RAM
23 ROM
24 hard disk 30 input device 40 output device

Claims (6)

回路方程式設定手段と、解析手段と、誤差推定手段とを備えたコンピュータにおいて、 前記回路方程式設定手段が、スイッチング素子を含む電子回路の回路素子の特性情報に基づき当該電子回路の回路方程式であるdy/dt=f(y)を設定する回路方程式設定処理を実行し、
前記解析手段が、二段対角型陰的ルンゲクッタ法による以下の(a)式及び(b)式を用いて前記回路方程式を解き、第nステップ目(nは自然数)の解yを算出する解析処理を実行し、
前記誤差推定手段が、(b)式の右辺に(d)式を代入し、テイラー展開することにより得られる式と(d)式とを比較することにより、(d)式の係数a,aを求め、この(a)式及び(b)式より導かれる(c)式の右辺に(d)式、(e)式及び前記係数a,aを代入し、テイラー展開することにより得られる式と(e)式を比較することにより、(e)式の係数b,b,bを求め、解yn−1のテイラー展開を用いて求めた時刻tにおける解析解y と(e)式のyとの差に前記係数b,b,bを代入することで解yの誤差εを推定する(f)式を算出し、当該(f)式により誤差εを推定する誤差推定処理を実行する
ことを特徴とする回路解析方法。
In a computer comprising circuit equation setting means, analysis means, and error estimation means, the circuit equation setting means is a circuit equation of the electronic circuit based on characteristic information of the circuit elements of the electronic circuit including the switching elements. A circuit equation setting process for setting / dt = f (y) is executed,
Said analyzing means, calculates the solutions y n of solving the circuit equations using the following equation (a) and (b) expression by two-stage diagonal implicit Runge-Kutta method, first the n steps (n is a natural number) Run the analysis process
The error estimation means substitutes the equation (d) for the right side of the equation (b) and compares the equation obtained by Taylor expansion with the equation (d), thereby obtaining the coefficients a 1 , to seek a 2, this formula (a) and (b) the right-hand side of the equation (c) that derived from the equation equation (d), by substituting the equation (e), and the coefficients a 1, a 2, to Taylor expansion By comparing the equation obtained by the equation (e) with the equation (e), the coefficients b 1 , b 2 , and b 3 of the equation (e) are obtained, and the analysis at the time t n obtained by using the Taylor expansion of the solution y n−1. calculates the solutions y * the the difference between n and (e) expression y n coefficients b 1, b 2, to estimate the error ε of the solution y n by substituting b 3 (f) formula, the ( f) A circuit analysis method characterized by executing an error estimation process for estimating the error ε according to the equation.
請求項1に記載する回路解析方法において、
前記(f)式のdf/dt
であることを特徴とする回路解析方法。
In the circuit analysis method according to claim 1,
D 2 f / dt 2 in the formula (f) is
The circuit analysis method characterized by the above-mentioned.
請求項1又は請求項2に記載する回路解析方法において、
前記解析処理では、前記スイッチング素子の状態変化と、前記誤差推定処理により算出した解yn−1の誤差εに基づいて時間刻み幅hを決定する時間刻み幅設定処理を実行した後、解yを算出する
ことを特徴とする回路解析方法。
In the circuit analysis method according to claim 1 or 2,
Wherein the analysis processing, the change of state of the switching element, after executing the error estimation processing time step size setting process of determining the calculated solution y n-1 of the error ε time step size h based on the, solution y A circuit analysis method characterized by calculating n .
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載する回路解析方法をコンピュータに実行させるための回路解析プログラム。   A circuit analysis program for causing a computer to execute the circuit analysis method according to any one of claims 1 to 3. 請求項4に記載する回路解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the circuit analysis program according to claim 4 is recorded. 請求項1〜請求項3の何れか一項に記載する回路解析方法を実行するように構成されたコンピュータを有することを特徴とする回路解析装置。   A circuit analysis apparatus comprising a computer configured to execute the circuit analysis method according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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