Pspice子模块在脉冲功率装置电路模拟中的应用.pdf

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1、第２４卷第３期强激光与粒子束Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．３２０１２年３月ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳＭａｒ．，２０１２文章编号：１００１－４３２２（２０１２）０３－０６８９－０４＊Ｐｓｐｉｃｅ子模块在脉冲功率装置电路模拟中的应用来定国，谢霖燊（西北核技术研究所，西安７１００２４）摘要：介绍了Ｐｓｐｉｃｅ子模块的建立方法；根据气体开关和强流二极管的工作原理，建立了能够较为准确描述这些部件工作过程的子模块；模拟了“闪光二号”加速器二极管正常工作和短路状态下的电压电流输出结果，二极管电压电流和阻抗模拟结果与实验结果基本一致。建模方法和参数控制方法可以用于阻抗非线性、工作过程

2、复杂、随机性较大的部件的电路模拟，有利于使用大规模相同部件电路的参数控制。关键词：子模块；电路模拟；强流二极管；自击穿开关中图分类号：ＴＭ８３６文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１２２４０３．０６８９利用Ｐｓｐｉｃｅ建立电路模型模拟脉冲功率装置输出结果为脉冲功率装置设计和实验调试提供重要的参考［１－３］依据。在脉冲功率装置中，一些部件具有相同的电路模型，例如脉冲功率储能单元、开关等，对于多台并联的大型装置，由于单元部件数目较大，增加了电路建模和参数调整的难度，如果将一些相同部件建立子模块直接调用，甚至可以将单台装置作为一个模块，这将会大大减小模拟计算的工作量。如何利用Ｐｓｐ

3、ｉｃｅ软件提供的元件描述各部件的工作过程是电路模拟中最重要的问题，尤其是一些阻抗非线性、工作过程复杂、随机性较［４－５］大的部件，例如开关和强流二极管。本文介绍了Ｐｓｐｉｃｅ子模块的建立方法，以气体开关和强流二极管为例介绍了其工作过程的描述方法和参数控制方法，并结合“闪光二号”加速器实验结果进行验证。１Ｐｓｐｉｃｅ子模块建立方法１．１原理图绘制、生成ｎｅｔｌｉｓｔ文件进入Ｐｓｐｉｃｅ电路绘制界面，绘制单元模块电路。建好电路后，在Ｐｓｐｉｃｅ界面菜单下点击ｃｒｅａｔｎｅｔｌｉｓｔ，然后ｖｉｅｗｎｅｔｌｉｓｔ，并将文件指定目录保存，格式为ＴＸＴ。其中＊为说明标识，元件的表示格式为元件类型、元件名

4、、两端节点，以及元件值，其中节点由软件自动生成。例如Ｃ＿ＣｍａｒｘＮ９８０６４Ｎ９８０１２１３９ｎＦＩＣ＝２．５２ＭＥＧ，电容Ｃｍａｒｘ位于节点Ｎ９８０６４和Ｎ９８０１２１之间，电容值３９ｎＦ，初始电压２．５２ＭＶ。１．２编辑模块文件Ｐｓｐｉｃｅ子电路语句格式为：．ＳＵＢＣＫＴｎａｍｅＮ１Ｎ２…ＮｉＰＡＲＡＭＳ：．ｅｎｄｓ其中ｎａｍｅ为子电路名称，Ｎ１，Ｎ２，…，Ｎｉ为子电路指定的连接点，至少要有两个，其他为固定格式，电路［６］的连接点与模块的连接点要一致。如果模块有方向性，连接点需要说明，例如输出和接地两个连接点，直接将将其命名为ＯＵＴ和ＧＮＤ，但是要与ｎｅｔｌｉｓｔ文件中的节点对应，并将

5、文件中连接点的名称修改为指定名称。模块变量控制格式为：＋变量初值（任意值）。选取需要的变量按照格式编辑，并将变量赋予元件，即将元件参数固定值换为｛变量名｝，其他语句不变。将已保存的ｎｅｔｌｉｓｔ文件中的对应节点修改，选择控制参数，加上子电路语句格式保存。将已保存文件的扩展名由ＴＸＴ改为ｌｉｂ。对于电路较为简单的单元模块也可直接按照模块编辑格式直接编辑。１．３生成模块运行ｍｏｄｅｌｅｄｉｔｏｒ，打开编辑好的．ｌｉｂ文件，在菜单ｆｉｌｅ下点击ｅｘｐｏｒｔｔｏｃａｐｔｕｒｅｐａｒｔｌｉｂｒａｒｙ，指定路径和文件名生成模块。在指定文件夹中包括一个．ｌｉｂ和一个．ｏｌｂ文件。１．４模块调用及图形编辑将

6、．ｌｉｂ，．ｏｌｂ文件分别复制至安装路径下的ＯｒＣＡＤ＼ＯｒＣＡＤ＿１０．５＼ｔｏｏｌｓ＼ｃａｐｔｕｒｅ＼ｌｉｂｒａｒｙ和ＯｒＣＡＤ＼Ｏｒ－＊收稿日期：２０１１－１１－０１；修订日期：２０１１－１２－１５作者简介：来定国（１９８０—），男，助理研究员，从事脉冲功率技术研究；ｌｄｇｃｘ＠１６３．ｃｏｍ。６９０强激光与粒子束第２４卷ＣＡＤ＿１０．５＼ｔｏｏｌｓ＼Ｐｓｐｉｃｅ＼ｌｉｂｒａｒｙ，安装路径和软件版本以安装情况为准。建立电路时将建好的模型按路径添加，将ＯｒＣＡＤ＼ＯｒＣＡＤ＿１０．５＼ｔｏｏｌｓ＼Ｐｓｐｉｃｅ＼ｌｉｂｒａｒｙ目录下的．ｌｉｂ设置为全局模块。选中电路中的模块，点击右键菜单Ｅ

7、ｄｉｔＰａｒｔ，进入图标编辑界面，根据需要进行绘制，绘制完关闭编辑界面，并选择ｕｐｄａｔｅａｌｌ完成编辑。２自击穿开关及强流二极管模型Ｐｓｐｉｃｅ软件提供的模型库往往不能满足实际需求，例如电压控制开关，电流控制开关等等。在Ｐｓｐｉｃｅ元件库中提供有电压控制和电流控制开关模块，可以利用其建立需要的可控元件。这里以自击穿开关为例介绍工作过程描述方法和参数控制方法。自击穿开关模型节点较少，直接采用ｍｏｄｅｌｅｄｉｔ