開關(guān)電源的SPICE和PSPICE仿真程序

　　用于開關(guān)電源的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)仿真程序有三大類：即離散時域仿真程序；SPICE；以狀態(tài)空間平均法為基礎(chǔ)的專用仿真程序。

　　SPICE是一種通用集成電路計算機(jī)分析程序可以用來對電路進(jìn)行非線性直流分析、非線性瞬態(tài)時域分析和交流小信號時域和頻域分析。在所分析的電路中包括下述的電路元件：電阻、電容、電感、互感、獨(dú)立電壓源和電流源，傳輸線及四種受控源，也包括下述的半導(dǎo)體器件：二極管、雙極型晶體管、結(jié)型場效應(yīng)管及MOS場效應(yīng)管等。

　　SPICE應(yīng)用了一組電路模型方程，基本分析工具是牛頓—拉夫遜迭代法。

　　PSPICE則是SPICE程序的派生軟件。原來用于SPICE的模型，可以直接移植到PSPICE上來。PSPICE最早于1984年年初在SPICE－2G基礎(chǔ)上提出，并進(jìn)人商業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)在已經(jīng)有PSPICE 10等多種版本。SPICE在小型機(jī)、工業(yè)站上運(yùn)行，而PSPICE則是在微型計算機(jī)上運(yùn)行的SPICE程序，它兼容SPICE的功能。因此應(yīng)用PSPICE仿真比應(yīng)用SPICE更為方便， PSPICE求解方程的方法是以梯形法和GEAR積分法相結(jié)合，以適應(yīng)病態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)。并采用截短誤差控制時間步長，即可以較快地得到穩(wěn)定解，又可以保證解的精度。PSPICE在SPICE基礎(chǔ)上某些功能還有所擴(kuò)充和增強(qiáng)，使用更為方便。

　　當(dāng)前SPICE通用電路仿真程序已成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用SPICE仿真電力電子電路或系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：可以分析功率半導(dǎo)體器件、轉(zhuǎn)換器電路、電力電子系統(tǒng)（包括反饋控制電路）等，運(yùn)行時間長是它的主要缺點(diǎn)。和SPICE程序一樣，用PSPICE程序做電路的瞬態(tài)分析時，占用較多的機(jī)時，這是因為它必須保持內(nèi)部時鐘步長小于開關(guān)間隔，而電路的瞬態(tài)響應(yīng)時間先是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開關(guān)周期。PSPICE微觀模型可用于仿真功率開關(guān)器件、驅(qū)動器、吸收電路等。和SPICE一樣，利用狀態(tài)空間平均法建立開關(guān)轉(zhuǎn)換器的功率開關(guān)仿真模型，PSPICE可用來仿真開關(guān)電源。借助開關(guān)函數(shù)等工具PSPICE可用于分析三相逆變器等。

　　為了便于用戶應(yīng)用PSPICE程序進(jìn)行仿真計算，美國Microsim公司于1992年推出軟件Design Center 5．1，它是PSPICE Windows版本。軟件中除了PSPICE－5．1程序外，還包括若干輔助程序。例如，繪制仿真模型電路圖程序；顯示電路波形及打印程序；信號源波形產(chǎn)生和編緝程序；幫助用戶提取所需器件的模型參數(shù)程序等。與這些輔助程序配合，應(yīng)用PSPICE 5．1時，用戶無須自己寫入文件。

　　SPICE的仿真結(jié)果以數(shù)據(jù)文件形式表示，可以將它輸人其他軟件如MATLAB等，以便進(jìn)一步對電路性能進(jìn)行評估和尋優(yōu)。MATLAB是一個高性能的數(shù)學(xué)工具，可以用來解決許多實際的工程和數(shù)學(xué)問題。MATLAB程序包括：數(shù)值分析、矩陣計算、便于應(yīng)用的優(yōu)化和繪圖程序等。SPICE的數(shù)據(jù)文件輸人到MATLAB后，輸出一組性能最優(yōu)的元件值。

　　香港理工大學(xué)Y．S．Lee等用PSPICE和MATLAB結(jié)合，開發(fā)了電力電子電路優(yōu)化用的CAD程序，稱為MATSPICE，其用途包括：建立SPI（E模型，存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)；仿真和性能評估；設(shè)計目標(biāo)和約束定義的描述；多目標(biāo)優(yōu)化等。