用SPICE和PSPICE仿真開(kāi)關(guān)電源

　　由于DC／DC PWM功率轉換器的非線(xiàn)性，以及可能有的多種運行模式（CCM模式或DOM模式），使分析十分 困難。

　　在設計或分析開(kāi)關(guān)電源時(shí)，仿真起了重要作用。數字仿真手段可以用來(lái)檢驗設計是否滿(mǎn)足性能要求。用 數字仿真可以減少電路的實(shí)驗工作，與電路實(shí)驗相比仿真所需要的時(shí)間要少得多，并且可以更全面、更完 整地進(jìn)行，以幫助改進(jìn)設計質(zhì)量。此外，仿真還可以提供某些信息。因此仿真可以加速對開(kāi)關(guān)電源的分析 與設計評估，對于大信號分析，一般很難用解析法求解，更需要借助于數字仿真。因此，仿真是介于開(kāi)關(guān) 電源的理論設計和硬件電路板實(shí)驗之間的一個(gè)重要步驟。有時(shí)應用仿真手段可以比硬件實(shí)驗更透徹地了解 理論設計中存在的問(wèn)題及其解決方法。在理論設計完成以后，可以先用一種簡(jiǎn)單的電路仿真模型來(lái)檢驗； 實(shí)際電路存在著(zhù)許多非理想的特性，如噪聲，寄生電容、漏電感和線(xiàn)路電感、開(kāi)關(guān)時(shí)間、二極管恢復過(guò)程 等。非理想元件可以在SPI（E模型中考慮，如每次仿真時(shí)，只考慮其中－個(gè)或兩個(gè)問(wèn)題，以研究它們對開(kāi) 關(guān)電源性能的影響，從而避免了許多由于非線(xiàn)性而產(chǎn)生的迷惑或復雜現象。

　　有些理論問(wèn)題過(guò)于復雜或發(fā)展還不完善（如諧振轉換器，漏電感對交叉調節的影響，電路的損耗等）， 要將這些理論應用于設計時(shí)，可以先用SPICE仿真試驗試探（Trial＆error）分析。SPICE仿真還可以用來(lái) 分析一些潛在的問(wèn)題，如伏安不平衡造成變壓器飽和，不確定的RC鉗位電壓水平。在實(shí)際電路中，這些問(wèn) 題可能會(huì )破壞功率晶體管或整流器；因此事先做仿真研究分析是必要的。由于PSPICE是從SPICE派生出來(lái) 的，所以本章主要結合SPICE來(lái)介紹它的應用，原則上這些論述也適用于PSPICE。

　　用仿真檢驗設計以后，SPICE程序可以給出小信號開(kāi)環(huán)頻率特性（Bode曲線(xiàn)），以驗證開(kāi)關(guān)電源的瞬態(tài) 響應和啟動(dòng)特性。－旦通過(guò)了仿真試驗，硬件電路實(shí)驗是檢驗設計的最后一步，硬件實(shí)驗應當只對設計做 一些小的修改，得到這樣的結果才算是一個(gè)滿(mǎn)意的設計過(guò)程。

　　用SPICE分析開(kāi)關(guān)電源，國外有不少人做過(guò)大量的建模開(kāi)發(fā)研究工作，如Bello，MON-teith，Griffin ，Y，S．Lee等。

　　開(kāi)關(guān)電源大信號數學(xué)模型中出現了兩個(gè)（動(dòng)態(tài)）變量相乘的項，如dU或ax（J為導通比或占空比，U為輸 人電壓，X為狀態(tài)變量）。SPICE軟件包可以處理這類(lèi)瞬態(tài)非線(xiàn)性二次項。因此不僅可以用SPI（E程序對開(kāi) 關(guān)電源做直流分析和交流小信號分析，而且網(wǎng)可以分析開(kāi)環(huán)或閉環(huán)系統的大信號瞬態(tài)過(guò)程，如啟動(dòng)過(guò)程或 負載電流小信號分析，并且還可以分析開(kāi)環(huán)系統或閉環(huán)系統的大信號瞬態(tài)過(guò)程，如啟動(dòng)過(guò)程或負載電流大 幅度變化等。近幾年，人們已應用SPICE軟件分析了有前饋及電流控制的開(kāi)關(guān)電源，也有人用于仿真諧振式轉換器。

　　開(kāi)關(guān)轉換器主電路的主要部件，是用導通比脈沖列d控制的開(kāi)關(guān)晶體管。應用SPICE仿真程序必須先建立功率半導體開(kāi)關(guān)器件和控制電路的專(zhuān)用仿真模型，它包含三個(gè)內容：

　?。?）功率半導體開(kāi)關(guān)管的模型用一個(gè)導通比d控制的理想變壓器表示，變壓器的變比與J有關(guān)。因此仿真模型中除了理想變壓器原副邊四個(gè)端子外，還有實(shí)現導通比＇控制的輸人端子?？刂齐娐芬矐斢靡欢ǖ姆柋硎?，并標明輸人纈出端子。

　?。?）等效子電路：用電流源、電壓源、電阻、電容等元件組成上述兩種模型的等效子電路。

　?。?）子電路仿真程序：將子電路拓撲和元件參數按照規定的格式用描述語(yǔ)言輸入到計算機中。

　　將上述未用的仿真模型與SPICE通用電路程序結合起來(lái)，其子電路仿真程序作為SPICE的一個(gè)子程序，便可以對各種開(kāi)關(guān)轉換器或開(kāi)關(guān)穩壓電源進(jìn)行仿真分析。

　　用SPICE仿真程序，其精確度取決于步長(cháng)和積分階次（Integration Order）。