电路仿真软件综述

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1、电力电子电路仿真软件综述

2、[<<][>>]--------------------------------------------------------------------------------　　l引言　　计算机仿真具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特点，已经广泛应用于电力电子电路(或系统)的分析和设计中。计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力，避免因为解析法在近似处理中带来的较大误差，还可以与实物试制和调试相互补充，最大限度地降低设计成本，缩短系统研制周期。可以说，电路的计算机仿真技术大大加速了电路的设计和试验过

3、程。本文在介绍设计电气工程电路和系统的有效手段——仿真技术的基础上，介绍几款在当前业界流行的几种电力电子仿真软件，并对比分析各仿真软件的优缺点和应用情况。　　2仿真是设计电气电路和系统的有效手段　　电气工程电路及其组成的系统主要功能是能源变换、传递过程的控制。要变换的是电力形态，控制方法靠电子线路。电力与电子结合形成了电力电子学科，它是一个较为年轻的学科。也是多学科交叉的边缘学科。电力本质是能源，有相当惯性，控制它的是电子线路，有相当快速性，两者构成系统，尤其形成闭环系统时，用自动控制术语来说属病态系统，意即有不易解决的稳定性方面的问题。这样的系统品质在20世纪80年代

4、中后期有了飞速的提高。究其原因则是借助于计算机仿真技术。　　在使用计算机来进行仿真时，选择合适电路设计软件会使该问题得到一定的解决，前段时间的软件多是解决线性、连续工作的稳态电路。本文介绍的软件，既可解决线性电路，也适合非线性电路；既可解决模拟电路，也适合数字电路；既可解决连续状态工作问题，也适合不连续状态工作的问题；既可解决连续稳定工作电路，也适合开关调节的启动工作电路。总之，电气工程电路均可仿真。仿真时，要读取电路中任何一点电流、任何两点间的电压都很容易，还可以进行频率响应、频谱分析、温度分析、参数变化分析、蒙特卡罗分析、最坏情况分析、噪声分析等等。可以说，后面几种

5、分析在面包板实验中是无法模拟进行的，加之，仿真软件是在计算机上运行，所以有使用方便、简单的优点。　　电力电子学科近年发展形成了能源电子学科。所谓能源电子学科，除电力电子学科内容外，还应考虑材料、环境、可靠性、管理等方面的问题，才能解决好能源转换问题。由此可见，如此复杂的系统工程，只有充分利用计算机处理综合信息才能迅速得到成效。仿真的必要性、有效性可见一斑。　　3电力电子电路仿真软件　　3．1PSpice仿真软件　　PSpice是由美国Microsim公司在spice2G版本的基础上升级并用于PC机上的Spice版本，其中采用自由格式语言的5．0版本自20世纪80年代以来

6、在我国得到广泛应用，并且从6．0版本开始引入图形界面。1998年著名的EDA商业软件开发商0RCAD公司与Microsim公司正式合并，自此Microsim公司的PSpice产品正式并入0RCAD公司的商业EDA系统中。　　现在使用较多的是PSpice8.0，工作于Windows环境，占用硬盘空间60M左右，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成，使用时是一个整体。　　但各个部分都各有各的窗口。与传统的spice软件相比，PSpice在三大方面实现了重大变革：首先，在对模拟电路进行直流、交流和瞬态等基本电路特性分析的基础上，实现了蒙

7、特卡罗分析。　　最坏情况分析以及优化设计等较为复杂的电路特性分析；第二，不但能够对模拟电路进行仿真，而且能够对数字电路、数模混合电路进行仿真；第三，集成度大大提高，电路图绘制完成后可直接进行电路仿真，并且可以随时分析观察仿真结果。　　PSpice的应用范围很广，电力电子电路的动态仿真仅仅是其应用之一。PSpice的电路元件模型反映实际型号元件的特性，通过对电路方程运算求解，能够仿真电路的细节，特别适合于对电力电子电路中开关暂态过程的描述。它的仿真波形与试验电路的测试结果相近，在模拟实际电路的波形方面比较准确，对电路设计有着重要指导意义。　　虽然PSpice应用越来越广泛

8、，但是也存在着明显的缺点。由于Spice软件原先主要是针对信息电子电路设计而开发的，因此器件的模型都是针对小功率电子器件的，对于电力电子电路中所用的大功率器件存在的高电压、大注入现象不尽适用，有时甚至可能导致错误的结果。PSpice采用变步长算法，对于周期性开关状态变化的电力电子电路而言，将造成把大量的时间耗费在寻求合适的步长上面，从而导致计算时间的延长，输出数据结构的格式兼容性也不甚理想。PSpice的另一问题是仿真的收敛性问题。对复杂电路进行仿真时，有时数据的准确性较低。另外，在磁性元件的模型方面PSpice也有待加强。　　3．2sa