開關電源的SPICE和PSPICE仿真程序

　　用於開關電源的穩態和瞬態仿真程序有三大類：即離散時域仿真程序；SPICE；以狀態空間平均法為基礎的專用仿真程序。

　　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，也包括下述的半導體器件：二極體、雙極型電晶體、結型場效應管及MOS場效應管等。

　　SPICE應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程序的派生軟體。原來用於SPICE的模型，可以直接移植到PSPICE上來。PSPICE最早於1984年年初在SPICE－2G基礎上提出，並進人商業領域。現在已經有PSPICE 10等多種版本。SPICE在小型機、工業站上運行，而PSPICE則是在微型計算機上運行的SPICE程序，它兼容SPICE的功能。因此應用PSPICE仿真比應用SPICE更為方便， PSPICE求解方程的方法是以梯形法和GEAR積分法相結合，以適應病態系統的特點。並採用截短誤差控制時間步長，即可以較快地得到穩定解，又可以保證解的精度。PSPICE在SPICE基礎上某些功能還有所擴充和增強，使用更為方便。

　　當前SPICE通用電路仿真程序已成為一種工業標準。應用SPICE仿真電力電子電路或系統的主要優點是：可以分析功率半導體器件、轉換器電路、電力電子系統（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程序做電路的瞬態分析時，佔用較多的機時，這是因為它必須保持內部時鐘步長小於開關間隔，而電路的瞬態響應時間先是遠遠大於開關周期。PSPICE微觀模型可用於仿真功率開關器件、驅動器、吸收電路等。和SPICE一樣，利用狀態空間平均法建立開關轉換器的功率開關仿真模型，PSPICE可用來仿真開關電源。藉助開關函數等工具PSPICE可用於分析三相逆變器等。

　　為了便於用戶應用PSPICE程序進行仿真計算，美國Microsim公司於1992年推出軟體Design Center 5．1，它是PSPICE Windows版本。軟體中除了PSPICE－5．1程序外，還包括若干輔助程序。例如，繪製仿真模型電路圖程序；顯示電路波形及列印程序；信號源波形產生和編緝程序；幫助用戶提取所需器件的模型參數程序等。與這些輔助程序配合，應用PSPICE 5．1時，用戶無須自己寫入文件。

　　SPICE的仿真結果以數據文件形式表示，可以將它輸人其他軟體如MATLAB等，以便進一步對電路性能進行評估和尋優。MATLAB是一個高性能的數學工具，可以用來解決許多實際的工程和數學問題。MATLAB程序包括：數值分析、矩陣計算、便於應用的優化和繪圖程序等。SPICE的數據文件輸人到MATLAB後，輸出一組性能最優的元件值。

　　香港理工大學Y．S．Lee等用PSPICE和MATLAB結合，開發了電力電子電路優化用的CAD程序，稱為MATSPICE，其用途包括：建立SPI（E模型，存儲在資料庫內；仿真和性能評估；設計目標和約束定義的描述；多目標優化等。