開(kāi)關(guān)電源的SPICE和PSPICE仿真程序

　　用于開(kāi)關(guān)電源的穩態(tài)和瞬態(tài)仿真程序有三大類(lèi)：即離散時(shí)域仿真程序；SPICE；以狀態(tài)空間平均法為基礎的專(zhuān)用仿真程序。

　　SPICE是一種通用集成電路計算機分析程序可以用來(lái)對電路進(jìn)行非線(xiàn)性直流分析、非線(xiàn)性瞬態(tài)時(shí)域分析和交流小信號時(shí)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、獨立電壓源和電流源，傳輸線(xiàn)及四種受控源，也包括下述的半導體器件：二極管、雙極型晶體管、結型場(chǎng)效應管及MOS場(chǎng)效應管等。

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

　　當前SPICE通用電路仿真程序已成為一種工業(yè)標準。應用SPICE仿真電力電子電路或系統的主要優(yōu)點(diǎn)是：可以分析功率半導體器件、轉換器電路、電力電子系統（包括反饋控制電路）等，運行時(shí)間長(cháng)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(shí)，占用較多的機時(shí)，這是因為它必須保持內部時(shí)鐘步長(cháng)小于開(kāi)關(guān)間隔，而電路的瞬態(tài)響應時(shí)間先是遠遠大于開(kāi)關(guān)周期。PSPICE微觀(guān)模型可用于仿真功率開(kāi)關(guān)器件、驅動(dòng)器、吸收電路等。和SPICE一樣，利用狀態(tài)空間平均法建立開(kāi)關(guān)轉換器的功率開(kāi)關(guān)仿真模型，PSPICE可用來(lái)仿真開(kāi)關(guān)電源。借助開(kāi)關(guān)函數等工具PSPICE可用于分析三相逆變器等。

　　為了便于用戶(hù)應用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(hù)提取所需器件的模型參數程序等。與這些輔助程序配合，應用PSPICE 5．1時(shí)，用戶(hù)無(wú)須自己寫(xiě)入文件。

　　SPICE的仿真結果以數據文件形式表示，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(gè)高性能的數學(xué)工具，可以用來(lái)解決許多實(shí)際的工程和數學(xué)問(wèn)題。MATLAB程序包括：數值分析、矩陣計算、便于應用的優(yōu)化和繪圖程序等。SPICE的數據文件輸人到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結合，開(kāi)發(fā)了電力電子電路優(yōu)化用的CAD程序，稱(chēng)為MATSPICE，其用途包括：建立SPI（E模型，存儲在數據庫內；仿真和性能評估；設計目標和約束定義的描述；多目標優(yōu)化等。