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分析程序可以用來對電路進行非線性直流分析、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、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(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。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充和增強，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)標準。應(yīng)用SPICE仿真電力電子電路或系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：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，運行時間長是它的主要缺點。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)時間先是遠遠大于開關(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，以便進一步對電路性能進行評估和尋優(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)計目標和約束定義的描述；多目標優(yōu)化等。