基于PSpice的電力電子電路仿真

崔朔 易炳旭 董有強

摘要 現(xiàn)階段電力電子技術和電子計算機得到了全面的發(fā)展，電路的分析和設計方法也產(chǎn)生了變革，電子設計自動化技術得到了廣泛應用。因此本文針對電力電子電路的仿真實驗展開了分析。首先簡單分析了PSpice的基本構成和模擬功能，繼而針對建模分類和仿真過程進行討論。以期為關注電力電子電路仿真的相關人員提供參考，從而為現(xiàn)代電路系統(tǒng)設計提供準確性的數(shù)據(jù)。

【關鍵詞】電力電子 計算機技術 變壓器

電力電子系統(tǒng)通常是由開關裝置、模擬電路、數(shù)字電路等電力電子器件構成的非線性數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，其中每個部分所遵守的物理法則各不相同，給設計和分析工作帶來了一定的難度，因此必須要在設計前，展開仿真實驗，建立虛擬電路模型，展開計算，得出接近實際的電路結果，從而有效節(jié)省開發(fā)的成本和時間，節(jié)省設計人員精力，從而更加集中投入的設計電路。

1 PSpice的基本構成和模擬功能

1.1 基本構成

PSpice軟件是一種電力電子電路仿真模擬軟件，主要承擔著在設計電路硬件的過程中，模擬設計電路的工作。PSpice軟件主要由六個基本模塊構成，包括了：電路原理圖編輯程序、電路仿真程序、激勵源編輯程序、模型參數(shù)提取程序、元件模型參數(shù)庫、輸出結果繪圖程序。通過綜合運用這六個模塊，完成對電路中參數(shù)的設置，就能夠保證電子電路的設計結果最優(yōu)。

1.2 模擬功能

在PSpice軟件的模擬功能可以分為兩種，一種是模擬直流電路功能，一種是模擬電路直流小信號傳輸函數(shù)功能。前者是指，PSpice軟件在模擬過程中會根據(jù)電路的直流工作點，計算出當電容開路中，計算電路的節(jié)點;后者是指PSpice軟件可以在計算電數(shù)的過程中同時確定直流小信號的工作輸出電路以及直流轉(zhuǎn)移性曲線的結果，同時還能夠確定小信號的相關基礎數(shù)據(jù)，包括模型參數(shù)、幾何線形、分析頻域以及噪聲，從而實現(xiàn)對電路整體細節(jié)上的仿真工作。

2 建模分類和仿真過程

2.1 電路建模分類

在進行具體的仿真之前還需要建立虛擬的電路模型，而在建立電路模型之前，首先要綜合考慮計算機技術仿真的具體需求之后，在展開具體的建模工作。建模要在固定的電壓電流的溫度范圍內(nèi)，確定相關器件的參數(shù)物理量，根據(jù)具體的分析過程，對電路模型進行進一步的優(yōu)化，保證器件方案的最優(yōu)化。建模主要可以分為三大類，分別為物理模型、電學模型以及數(shù)學模型，其中物理模型主要是對電路的物理結構、拓撲參數(shù)進行分析，利用微分方程，結合電子器件的輸入和輸出控制，對有限元和有限差進行計算和分析。而電學模型，是在物理理論的基礎上，根據(jù)電路中電子器件的基本物理規(guī)律，對子電路模型機進行參數(shù)分析，從對整體模型的參數(shù)設計進行簡化。此外數(shù)學模型，是基于器件的物理過程，形成一種抽象的數(shù)學變成，這種數(shù)學模型，能夠根據(jù)電子電路的具體需求，完善相應的模型結構，從而實現(xiàn)對軟件結構的優(yōu)化過程。

2.2 電路仿真過程

（1）要在PSpice軟件繪制電路圖。在繪制新器件模型之前，要將PSpice軟件中的元器件代號進行編輯，在確定器件代號階段，軟件就能夠自動處理特殊的元器件。然后就可以繪制電路圖，通過繪制出來的電路原理圖，對Schematics模塊的程序進行編輯，繼而確定電路變壓器的PSpice模型。將上述生成出來的文件放置在CADENCE的目錄下，就可以進行下一階段的操作。

（2）在生成模型的基礎上，通過相應的ModelEditor模型參數(shù)將程序中的模塊提取出來，并且確定子電路。進而通過具體的結果，利用繪圖程序中的Prode模塊，自動生成相應的文件，來完成對電子電路的設計工作。

（3）通過電路本身的仿真程序PSpiceA/D模塊，完成對電路中變壓器的仿真工作，并且得出具體的仿真結果。

以單端反激式開關電源為例，針對該電源變壓器進行電路仿真工作，在按照上述步驟進行完成仿真實驗后，發(fā)現(xiàn)原副邊電壓波形達到了預期的需求，同時原副邊電流變化也較為穩(wěn)定，但是在觀察仿真模型的過程中，還會發(fā)現(xiàn)電壓輸出的波形并不完全理想，其中存在少部分的不收斂性，造成這種現(xiàn)象的主要原因，是在利用PSpice軟件進行設計的過程中，需要通過方程式對電路的各種采納數(shù)進行計算。為了避免這種情況，可以根據(jù)電路的實際需求，對一些精度參數(shù)的進行修改，比如：VNTOL、ABSTOL、RELTOL等， 以此減少軟件對方程組的計算頻率，就不會出現(xiàn)不收斂的問題。最終得出了單端反激式變壓器能夠有效解決參數(shù)波動度問題，且整體的穩(wěn)定性較強，且能量傳遞效果較好。由此可知，PSpice軟件在進行電力電子電路仿真實驗的過程中，整體設計工作簡單方便，可以根據(jù)電力電子電路的各種需求，對參數(shù)進行修改，并且有針對性選擇相應的模塊完成具體的設計工作。

3 總結

綜上所述，計算機技術的發(fā)展成熟，計算機仿真技術也隨之得到發(fā)展，這種電路仿真研究，能夠為優(yōu)化電路設計，為產(chǎn)品研發(fā)提供依據(jù)。因此，當今社會用戶對仿真特性的重視程度逐漸提高，對仿真特性的要求也在逐漸提高。電子電路仿真要保證參數(shù)優(yōu)化的同時，還要保證一定的精確度和穩(wěn)定性。本文采用的PSpice軟件，通過采用特有的算法以及應用模塊，從根本上滿足了電力電子電路研究需求。

參考文獻

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