開(kāi)關(guān)電源離散時(shí)域法仿真

采用SPICE和PSPICE通用電路模擬程序，對開(kāi)關(guān)電源仿真的優(yōu)點(diǎn)是可以利用通用電路分析程序的特點(diǎn)，直接由電路仿真，不需要列出電路的方程式，只需要按照規定的胳式輸人，就可以對開(kāi)關(guān)穩壓電源或開(kāi)關(guān)轉換器進(jìn)行仿真，并得到瞬態(tài)時(shí)域響應或頻域特性。但這種仿真方法的缺點(diǎn)是計算效率低、仿真時(shí)間長(cháng)。用SPICE和PSPICE仿真的理論根據是狀態(tài)空間平均法，當擾動(dòng)信號的頻率比開(kāi)關(guān)頻率低很多時(shí)，能保證一定的仿真準確度。但更精確的仿真方法是離散時(shí)域法。

　　從本質(zhì)上來(lái)看，開(kāi)關(guān)電源是一個(gè)離散的非線(xiàn)性系統，如果利用狀態(tài)空間列出非線(xiàn)性系統的分段線(xiàn)性方程用計算機求解，可以比較精確地進(jìn)行分析研究，這就是所謂離散時(shí)域仿真法。離散時(shí)域法，可以對多環(huán)控制系統進(jìn)行仿真，以達到實(shí)現不同的控制規律，快速、準確、高效率地研究電路變化和（或）元器件參數變化時(shí)對系統瞬態(tài)特性的影晌?？梢杂脕?lái)仿真穩態(tài)過(guò)程（如電壓、電流的紋波等）、大信號響應（如啟動(dòng)過(guò)程等）及小信號響應（如計算開(kāi)關(guān)電源的特征值、穩定性分析、校驗控制電路的設計等）。

　　離散時(shí)域仿真法也有缺點(diǎn)，即這種仿真法得不到解析形式的數學(xué)方程，必須完全依靠計算機的數值計算分析，物理概念不清晰。

　　在應用離散時(shí)域法仿真時(shí)，應首先建立一個(gè)等效的非線(xiàn)性迭代時(shí)域模型。其基本方法是：列出系統的分段線(xiàn)性狀態(tài)方程，而后求狀態(tài)轉移規律，并由此導出非線(xiàn)性差分方程。

　　用牛頓迭代法可以求出精確的平衡點(diǎn)。當求解非線(xiàn)性差分方程時(shí)，需要確定開(kāi)關(guān)的轉換時(shí)刻，即各個(gè)分段線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò )的邊界條件。非線(xiàn)性差分方程的時(shí)域解就是大信號瞬態(tài)響應。

　　在進(jìn)行小信號分析時(shí)，先要在平衡點(diǎn)附近對開(kāi)關(guān)電源線(xiàn)性化，以便得到線(xiàn)性差分方程，應用z變換可以在Z域內分析小信號特性，如穩定性、瞬態(tài)響應等。

　　現有的仿真算法，快速性和準確性是一大矛盾，常規的定步長(cháng)積分仿真方法很難用于開(kāi)關(guān)電源，其原因有二：一是運算量大，如為了保證足夠的準確度，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內往往要求解幾百次微分方程到幾千次微分方程，乘法運算次數很大；二是精度低，有限的積分步長(cháng)將會(huì )造成開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)時(shí)刻的計算誤差（截斷誤差）較大，這種誤差的出現對開(kāi)關(guān)電源的瞬態(tài)過(guò)程影響很大。若步長(cháng)太小，不僅計算時(shí)間長(cháng)，而且在狀態(tài)推移過(guò)程中，數值計算也會(huì )造成很大的積累誤差。