基于PSpice的电力电子电路仿真

崔朔 易炳旭 董有强

摘要 现阶段电力电子技术和电子计算机得到了全面的发展，电路的分析和设计方法也产生了变革，电子设计自动化技术得到了广泛应用。因此本文针对电力电子电路的仿真实验展开了分析。首先简单分析了PSpice的基本构成和模拟功能，继而针对建模分类和仿真过程进行讨论。以期为关注电力电子电路仿真的相关人员提供参考，从而为现代电路系统设计提供准确性的数据。

【关键词】电力电子 计算机技术 变压器

电力电子系统通常是由开关装置、模拟电路、数字电路等电力电子器件构成的非线性数模混合系统，其中每个部分所遵守的物理法则各不相同，给设计和分析工作带来了一定的难度，因此必须要在设计前，展开仿真实验，建立虚拟电路模型，展开计算，得出接近实际的电路结果，从而有效节省开发的成本和时间，节省设计人员精力，从而更加集中投入的设计电路。

1 PSpice的基本构成和模拟功能

1.1 基本构成

PSpice软件是一种电力电子电路仿真模拟软件，主要承担着在设计电路硬件的过程中，模拟设计电路的工作。PSpice软件主要由六个基本模块构成，包括了：电路原理图编辑程序、电路仿真程序、激励源编辑程序、模型参数提取程序、元件模型参数库、输出结果绘图程序。通过综合运用这六个模块，完成对电路中参数的设置，就能够保证电子电路的设计结果最优。

1.2 模拟功能

在PSpice软件的模拟功能可以分为两种，一种是模拟直流电路功能，一种是模拟电路直流小信号传输函数功能。前者是指，PSpice软件在模拟过程中会根据电路的直流工作点，计算出当电容开路中，计算电路的节点;后者是指PSpice软件可以在计算电数的过程中同时确定直流小信号的工作输出电路以及直流转移性曲线的结果，同时还能够确定小信号的相关基础数据，包括模型参数、几何线形、分析频域以及噪声，从而实现对电路整体细节上的仿真工作。

2 建模分类和仿真过程

2.1 电路建模分类

在进行具体的仿真之前还需要建立虚拟的电路模型，而在建立电路模型之前，首先要综合考虑计算机技术仿真的具体需求之后，在展开具体的建模工作。建模要在固定的电压电流的温度范围内，确定相关器件的参数物理量，根据具体的分析过程，对电路模型进行进一步的优化，保证器件方案的最优化。建模主要可以分为三大类，分别为物理模型、电学模型以及数学模型，其中物理模型主要是对电路的物理结构、拓扑参数进行分析，利用微分方程，结合电子器件的输入和输出控制，对有限元和有限差进行计算和分析。而电学模型，是在物理理论的基础上，根据电路中电子器件的基本物理规律，对子电路模型机进行参数分析，从对整体模型的参数设计进行简化。此外数学模型，是基于器件的物理过程，形成一种抽象的数学变成，这种数学模型，能够根据电子电路的具体需求，完善相应的模型结构，从而实现对软件结构的优化过程。

2.2 电路仿真过程

（1）要在PSpice软件绘制电路图。在绘制新器件模型之前，要将PSpice软件中的元器件代号进行编辑，在确定器件代号阶段，软件就能够自动处理特殊的元器件。然后就可以绘制电路图，通过绘制出来的电路原理图，对Schematics模块的程序进行编辑，继而确定电路变压器的PSpice模型。将上述生成出来的文件放置在CADENCE的目录下，就可以进行下一阶段的操作。

（2）在生成模型的基础上，通过相应的ModelEditor模型参数将程序中的模块提取出来，并且确定子电路。进而通过具体的结果，利用绘图程序中的Prode模块，自动生成相应的文件，来完成对电子电路的设计工作。

（3）通过电路本身的仿真程序PSpiceA/D模块，完成对电路中变压器的仿真工作，并且得出具体的仿真结果。

以单端反激式开关电源为例，针对该电源变压器进行电路仿真工作，在按照上述步骤进行完成仿真实验后，发现原副边电压波形达到了预期的需求，同时原副边电流变化也较为稳定，但是在观察仿真模型的过程中，还会发现电压输出的波形并不完全理想，其中存在少部分的不收敛性，造成这种现象的主要原因，是在利用PSpice软件进行设计的过程中，需要通过方程式对电路的各种采纳数进行计算。为了避免这种情况，可以根据电路的实际需求，对一些精度参数的进行修改，比如：VNTOL、ABSTOL、RELTOL等， 以此减少软件对方程组的计算频率，就不会出现不收敛的问题。最终得出了单端反激式变压器能够有效解决参数波动度问题，且整体的稳定性较强，且能量传递效果较好。由此可知，PSpice软件在进行电力电子电路仿真实验的过程中，整体设计工作简单方便，可以根据电力电子电路的各种需求，对参数进行修改，并且有针对性选择相应的模块完成具体的设计工作。

3 总结

综上所述，计算机技术的发展成熟，计算机仿真技术也随之得到发展，这种电路仿真研究，能够为优化电路设计，为产品研发提供依据。因此，当今社会用户对仿真特性的重视程度逐渐提高，对仿真特性的要求也在逐渐提高。电子电路仿真要保证参数优化的同时，还要保证一定的精确度和稳定性。本文采用的PSpice软件，通过采用特有的算法以及应用模块，从根本上满足了电力电子电路研究需求。

参考文献

[1]徐国林，朱夏飞，刘先正等，基于PSpice的碳化硅MOSFET的建模与仿真[J]智能電网，2015 （06）：507-511.

[2]文伟，原腾飞，基于PSpice的电力电子电路仿真[J].船电技术，2017 （02）： 38- 40.