用SPICE和PSPICE仿真開關電源

　　由于DC／DC PWM功率轉換器的非線性，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。

　　在設計或分析開關電源時，仿真起了重要作用。數字仿真手段可以用來檢驗設計是否滿足性能要求。用 數字仿真可以減少電路的實驗工作，與電路實驗相比仿真所需要的時間要少得多，并且可以更全面、更完 整地進行，以幫助改進設計質量。此外，仿真還可以提供某些信息。因此仿真可以加速對開關電源的分析 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，仿真是介于開關 電源的理論設計和硬件電路板實驗之間的一個重要步驟。有時應用仿真手段可以比硬件實驗更透徹地了解 理論設計中存在的問題及其解決方法。在理論設計完成以后，可以先用一種簡單的電路仿真模型來檢驗； 實際電路存在著許多非理想的特性，如噪聲，寄生電容、漏電感和線路電感、開關時間、二極管恢復過程 等。非理想元件可以在SPI（E模型中考慮，如每次仿真時，只考慮其中－個或兩個問題，以研究它們對開 關電源性能的影響，從而避免了許多由于非線性而產生的迷惑或復雜現象。

　　有些理論問題過于復雜或發展還不完善（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，可以先用SPICE仿真試驗試探（Trial＆error）分析。SPICE仿真還可以用來 分析一些潛在的問題，如伏安不平衡造成變壓器飽和，不確定的RC鉗位電壓水平。在實際電路中，這些問 題可能會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 的，所以本章主要結合SPICE來介紹它的應用，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環頻率特性（Bode曲線），以驗證開關電源的瞬態 響應和啟動特性。－旦通過了仿真試驗，硬件電路實驗是檢驗設計的最后一步，硬件實驗應當只對設計做 一些小的修改，得到這樣的結果才算是一個滿意的設計過程。

　　用SPICE分析開關電源，國外有不少人做過大量的建模開發研究工作，如Bello，MON-teith，Griffin ，Y，S．Lee等。

　　開關電源大信號數學模型中出現了兩個（動態）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為狀態變量）。SPICE軟件包可以處理這類瞬態非線性二次項。因此不僅可以用SPI（E程序對開 關電源做直流分析和交流小信號分析，而且網可以分析開環或閉環系統的大信號瞬態過程，如啟動過程或 負載電流小信號分析，并且還可以分析開環系統或閉環系統的大信號瞬態過程，如啟動過程或負載電流大 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關電源，也有人用于仿真諧振式轉換器。

　　開關轉換器主電路的主要部件，是用導通比脈沖列d控制的開關晶體管。應用SPICE仿真程序必須先建立功率半導體開關器件和控制電路的專用仿真模型，它包含三個內容：

　　（1）功率半導體開關管的模型用一個導通比d控制的理想變壓器表示，變壓器的變比與J有關。因此仿真模型中除了理想變壓器原副邊四個端子外，還有實現導通比＇控制的輸人端子。控制電路也應當用一定的符號表示，并標明輸人纈出端子。

　　（2）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。

　　（3）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，其子電路仿真程序作為SPICE的一個子程序，便可以對各種開關轉換器或開關穩壓電源進行仿真分析。

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