電路仿真軟件綜述

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1、電力電子電路仿真軟件綜述

2、[<<][>>]--------------------------------------------------------------------------------　　l引言　　計算機仿真具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特點，已經(jīng)廣泛應用于電力電子電路(或系統(tǒng))的分析和設計中。計算機仿真不僅可以取代系統(tǒng)的許多繁瑣的人工分析，減輕勞動強度，提高分析和設計能力，避免因為解析法在近似處理中帶來的較大誤差，還可以與實物試制和調試相互補充，最大限度地降低設計成本，縮短系統(tǒng)研制周期?？梢哉f，電路的計算機仿真技術大大加速了電路的設計和試驗過

3、程。本文在介紹設計電氣工程電路和系統(tǒng)的有效手段——仿真技術的基礎上，介紹幾款在當前業(yè)界流行的幾種電力電子仿真軟件，并對比分析各仿真軟件的優(yōu)缺點和應用情況。　　2仿真是設計電氣電路和系統(tǒng)的有效手段　　電氣工程電路及其組成的系統(tǒng)主要功能是能源變換、傳遞過程的控制。要變換的是電力形態(tài)，控制方法靠電子線路。電力與電子結合形成了電力電子學科，它是一個較為年輕的學科。也是多學科交叉的邊緣學科。電力本質是能源，有相當慣性，控制它的是電子線路，有相當快速性，兩者構成系統(tǒng)，尤其形成閉環(huán)系統(tǒng)時，用自動控制術語來說屬病態(tài)系統(tǒng)，意即有不易解決的穩(wěn)定性方面的問題。這樣的系統(tǒng)品質在20世紀80年代

4、中后期有了飛速的提高。究其原因則是借助于計算機仿真技術。　　在使用計算機來進行仿真時，選擇合適電路設計軟件會使該問題得到一定的解決，前段時間的軟件多是解決線性、連續(xù)工作的穩(wěn)態(tài)電路。本文介紹的軟件，既可解決線性電路，也適合非線性電路；既可解決模擬電路，也適合數(shù)字電路；既可解決連續(xù)狀態(tài)工作問題，也適合不連續(xù)狀態(tài)工作的問題；既可解決連續(xù)穩(wěn)定工作電路，也適合開關調節(jié)的啟動工作電路?？傊姎夤こ屉娐肪煞抡?。仿真時，要讀取電路中任何一點電流、任何兩點間的電壓都很容易，還可以進行頻率響應、頻譜分析、溫度分析、參數(shù)變化分析、蒙特卡羅分析、最壞情況分析、噪聲分析等等?？梢哉f，后面幾種

5、分析在面包板實驗中是無法模擬進行的，加之，仿真軟件是在計算機上運行，所以有使用方便、簡單的優(yōu)點。　　電力電子學科近年發(fā)展形成了能源電子學科。所謂能源電子學科，除電力電子學科內(nèi)容外，還應考慮材料、環(huán)境、可靠性、管理等方面的問題，才能解決好能源轉換問題。由此可見，如此復雜的系統(tǒng)工程，只有充分利用計算機處理綜合信息才能迅速得到成效。仿真的必要性、有效性可見一斑?！　?電力電子電路仿真軟件　　3．1PSpice仿真軟件　　PSpice是由美國Microsim公司在spice2G版本的基礎上升級并用于PC機上的Spice版本，其中采用自由格式語言的5．0版本自20世紀80年代以來

6、在我國得到廣泛應用，并且從6．0版本開始引入圖形界面。1998年著名的EDA商業(yè)軟件開發(fā)商0RCAD公司與Microsim公司正式合并，自此Microsim公司的PSpice產(chǎn)品正式并入0RCAD公司的商業(yè)EDA系統(tǒng)中。　　現(xiàn)在使用較多的是PSpice8.0，工作于Windows環(huán)境，占用硬盤空間60M左右，整個軟件由原理圖編輯、電路仿真、激勵編輯、元器件庫編輯、波形圖等幾個部分組成，使用時是一個整體。　　但各個部分都各有各的窗口。與傳統(tǒng)的spice軟件相比，PSpice在三大方面實現(xiàn)了重大變革：首先，在對模擬電路進行直流、交流和瞬態(tài)等基本電路特性分析的基礎上，實現(xiàn)了蒙

7、特卡羅分析。　　最壞情況分析以及優(yōu)化設計等較為復雜的電路特性分析；第二，不但能夠對模擬電路進行仿真，而且能夠對數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐愤M行仿真；第三，集成度大大提高，電路圖繪制完成后可直接進行電路仿真，并且可以隨時分析觀察仿真結果。　　PSpice的應用范圍很廣，電力電子電路的動態(tài)仿真僅僅是其應用之一。PSpice的電路元件模型反映實際型號元件的特性，通過對電路方程運算求解，能夠仿真電路的細節(jié)，特別適合于對電力電子電路中開關暫態(tài)過程的描述。它的仿真波形與試驗電路的測試結果相近，在模擬實際電路的波形方面比較準確，對電路設計有著重要指導意義?！　‰m然PSpice應用越來越廣泛

8、，但是也存在著明顯的缺點。由于Spice軟件原先主要是針對信息電子電路設計而開發(fā)的，因此器件的模型都是針對小功率電子器件的，對于電力電子電路中所用的大功率器件存在的高電壓、大注入現(xiàn)象不盡適用，有時甚至可能導致錯誤的結果。PSpice采用變步長算法，對于周期性開關狀態(tài)變化的電力電子電路而言，將造成把大量的時間耗費在尋求合適的步長上面，從而導致計算時間的延長，輸出數(shù)據(jù)結構的格式兼容性也不甚理想。PSpice的另一問題是仿真的收斂性問題。對復雜電路進行仿真時，有時數(shù)據(jù)的準確性較低。另外，在磁性元件的模型方面PSpice也有待加強。　　3．2sa