用SPICE和PSPICE仿真开关电源

　　由于DC／DC PWM功率转换器的非线性，以及可能有的多种运行模式（CCM模式或DOM模式），使分析十分 困难。

　　在设计或分析开关电源时，仿真起了重要作用。数字仿真手段可以用来检验设计是否满足性能要求。用 数字仿真可以减少电路的实验工作，与电路实验相比仿真所需要的时间要少得多，并且可以更全面、更完 整地进行，以帮助改进设计质量。此外，仿真还可以提供某些信息。因此仿真可以加速对开关电源的分析 与设计评估，对于大信号分析，一般很难用解析法求解，更需要借助于数字仿真。因此，仿真是介于开关 电源的理论设计和硬件电路板实验之间的一个重要步骤。有时应用仿真手段可以比硬件实验更透彻地了解 理论设计中存在的问题及其解决方法。在理论设计完成以后，可以先用一种简单的电路仿真模型来检验； 实际电路存在着许多非理想的特性，如噪声，寄生电容、漏电感和线路电感、开关时间、二极管恢复过程 等。非理想元件可以在SPI（E模型中考虑，如每次仿真时，只考虑其中－个或两个问题，以研究它们对开 关电源性能的影响，从而避免了许多由于非线性而产生的迷惑或复杂现象。

　　有些理论问题过于复杂或发展还不完善（如谐振转换器，漏电感对交叉调节的影响，电路的损耗等）， 要将这些理论应用于设计时，可以先用SPICE仿真试验试探（Trial＆error）分析。SPICE仿真还可以用来 分析一些潜在的问题，如伏安不平衡造成变压器饱和，不确定的RC钳位电压水平。在实际电路中，这些问 题可能会破坏功率晶体管或整流器；因此事先做仿真研究分析是必要的。由于PSPICE是从SPICE派生出来 的，所以本章主要结合SPICE来介绍它的应用，原则上这些论述也适用于PSPICE。

　　用仿真检验设计以后，SPICE程序可以给出小信号开环频率特性（Bode曲线），以验证开关电源的瞬态 响应和启动特性。－旦通过了仿真试验，硬件电路实验是检验设计的最后一步，硬件实验应当只对设计做 一些小的修改，得到这样的结果才算是一个满意的设计过程。

　　用SPICE分析开关电源，国外有不少人做过大量的建模开发研究工作，如Bello，MON-teith，Griffin ，Y，S．Lee等。

　　开关电源大信号数学模型中出现了两个（动态）变量相乘的项，如dU或ax（J为导通比或占空比，U为输 人电压，X为状态变量）。SPICE软件包可以处理这类瞬态非线性二次项。因此不仅可以用SPI（E程序对开 关电源做直流分析和交流小信号分析，而且网可以分析开环或闭环系统的大信号瞬态过程，如启动过程或 负载电流小信号分析，并且还可以分析开环系统或闭环系统的大信号瞬态过程，如启动过程或负载电流大 幅度变化等。近几年，人们已应用SPICE软件分析了有前馈及电流控制的开关电源，也有人用于仿真谐振式转换器。

　　开关转换器主电路的主要部件，是用导通比脉冲列d控制的开关晶体管。应用SPICE仿真程序必须先建立功率半导体开关器件和控制电路的专用仿真模型，它包含三个内容：

　　（1）功率半导体开关管的模型用一个导通比d控制的理想变压器表示，变压器的变比与J有关。因此仿真模型中除了理想变压器原副边四个端子外，还有实现导通比＇控制的输人端子。控制电路也应当用一定的符号表示，并标明输人缬出端子。

　　（2）等效子电路：用电流源、电压源、电阻、电容等元件组成上述两种模型的等效子电路。

　　（3）子电路仿真程序：将子电路拓扑和元件参数按照规定的格式用描述语言输入到计算机中。

　　将上述未用的仿真模型与SPICE通用电路程序结合起来，其子电路仿真程序作为SPICE的一个子程序，便可以对各种开关转换器或开关稳压电源进行仿真分析。

　　用SPICE仿真程序，其精确度取决于步长和积分阶次（Integration Order）。