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1 POWER 4-5-6的仿真功能
PSpice是PC环境下的通用电路仿真程序的简称，它是从SPICE (Simulation Program withIntegrated Circuit Emphasis)发展起来的。利用POWER 4-5-6 Plus Release 8可生成开关电源的PSpiee模型。PSpice模型非常通用，利用它可获得各种变换器的小信号传递函数。在生成PSpiee列表之前需要向软件指定所必须的传递函数。以保证模型中的激励源有效。当PSpice运行后，用户需要指定特定节点的电压值或者电流值，以研究传递函数的校正。变换器常用传递函数的分类见附表，括号内的数字表示所对应拓扑结构的节点编号。在所有的拓扑结构中，节点5对应于输出电压，节点10对应于误差电压。
控制回路设计面板可提供多种传递函数，POWER 4-5-6 Plus Release 8将PSpice作为一种可获得小信号传递函数的便捷方法。PSpice模型的列表通常在功率级和控制回路中由POWER4-5-6 Plus Release 8自动生成。无论采用电流模式还是电压模式，各种变换器的控制器和补偿器的拓扑结构都是相同的。因此，控制器和补偿器可理解成每个功率级所共有的分支电路，它们的元件值会根据特定的拓扑结构和元件值发生变化。POWER 4-5-6 Plus Release 8根据用户在控制回路设计面板中指定的输入及负载参数，自动检测变换器是处于不连续模式还是连续模式。用户不需要熟悉PSpice的工作细节，即可使用上述功能。
下面以降压式变换器为例，介绍其PSpice模型和补偿电路的PSpice原理图。
由POWER 4-5-6 Plus Release 8生成的带反馈补偿电路的降压式变换器的PSpice模型如图1所示，图1中给出了重要的节点编号，蓝(黑)色条中的“Power Stage Model”代表电源级电路模型。该变换器工作在连续模式，开关电路模型的名称为“PWMCCM”。若POWER 4-5-6辨认出是不连续模式，则开关电路模型的名称会变成“PWMDCM”。由图1可见，直流输入电压Vin经过滤波器(FILTER)、高频变压器(TRANSFORMER),接脉宽调制器(PWM)。ISOLATION表示隔离框，当隔离框与节点10接通时构成闭环(closedloop)，若沿着虚线与节点11接通时，则形成开环(open loop)，VC为控制电压，其负极节点编号为0，表示与公共地连通。L为滤波电感，其等效电阻为R1。C为滤波电容感，其串联等效电阻为RC。R为负载电阻。TYPE3表示反馈电路的类型。
补偿电路的PSpice电路原理如图2所示。电压控制模式和电流控制模式的补偿电路是相同的。在电流模式下通常使用双极点、单零点补偿器，只要选用的元件值合适，由C2和R3组成的支路就被接通。若采用1型放大器，则由C1和R2组成的支路被接通。
2 POWER 4-5-6 Plus Release 8软件的使用方法
POWER 4-5-6 Plus Release 8是美国RidleyEngineering公司开发的开关电源仿真软件(第8版)。打开POWER 4-5-6 Plus Release 8，选择降压式变换器拓扑结构(Buck Topologies)，单击Start按钮，启动软件，进入Power Supply Schematic(电源原理图)面板，如图3所示。图3中的红色部分是由软件完成设计的，单击这些地方可观察相应的电路和参数值。根据POWER 4-5-6的编码顺序，若改变某个红色方框中的参数值，则比它编号更大的红色方框中的参数值也随之改变。但所设置的参数值必须在允许范围内，否则POWER 4-5-6会理解为禁止使用，而使用默认值。单击小图标
，可观察仿真波形并能修改输入直流电压和输出负载。单击小图标
，可获得小信号传递函数的信息，观察环路增益、功率放大级、补偿电路和输入滤波电路的特性。该面板上共有4个红色方框、6个红色元器件符号和8个波形仿真测试点。例如，单击Input EMI Filter(输入电磁干扰滤波
器)红色方框，可显示的二阶EMI滤波器元件面板。单击
可显示输入滤波器传递函数(InputFilter Transfer Function)。
3 利用POWER 4-5-6软件进行大信号仿真
所谓大信号仿真，是指对功率级和控制电路中幅度较高的大信号进行仿真。POWER 4-5-6能在几秒钟之内对大信号闭合回路完成200个周期的仿真。该仿真系统能显示出开关电源功率级和控制电路中大多数非线性元件的大信号响应。下面仍以正激、推挽式变换器为例，介绍对开关电源的功率级进行大信号波形仿真的方法。
在推挽式变换器的功率级原理图面板上，标有蓝色字体的4个Current(电流)按钮和1个Voltage(电压)按钮，可分别对功率级的5处电压、电流测试点进行瞬态或稳态波形仿真。下面仅介绍开关电流的波形仿真。单击Rectifier and InputFilter[17]下面的Current按钮，即可显示SwitchCurrent(开关电流)波形仿真面板，如图4所示。若时间轴选择“Full Scale”(全尺寸)，还可显示全部200个开关周期的波形，用户可根据需要放大曲线以研究波形的细节。图1中的仿真波形是电路达到稳态并将时间轴放大以后得到的。
利用波形仿真面板上的按钮可帮助用户在规定大信号仿真条件下，观察或分析瞬态和稳态仿真波形。在Simulation Options(仿真选项)栏目下面有以下4个大信号仿真选项。
(1)Start-Up(启动)将初始条件清空，用来显示启动时的波形。在此条件下的波形仿真便于研究变换器达到稳态之前的全部细节，这对研究和分析启动时的峰值点及输出电压的过冲现象非常有用。
(2)Continue(连续)在完成对前200个大信号周期的仿真后，显示后续200个大信号周期的波形。用户可能需要多次单击这个按钮，以等待变换器从启动状态或瞬态过渡到稳态。
(3)Steady-State(稳态) 用于软件自动估算功率级元件的稳态值，然后将这个稳态值作为初始条件，对400个周期的大信号进行计算。经这次仿真后，变换器会非常接近于稳态。若使用Continue按钮，就能更接近于实际稳态响应。
(4)Repeat(重复) 在与上次仿真完全相同的条件下再进行一次仿真，以便当元件或负载发生变化时能系统地响应加以比较。但重复条件下的开关电流仿真波形也可能与稳态开关电流仿真波形相同。
仿真器一般需要几秒钟时间来计算仿真结果并绘制仿真波形。软件默认的设置是每次显示200个大信号周期的仿真曲线。用户可通过分别单击Vertieal Axes(Y轴)、Time Axes(时间轴，即x轴)标题下面所对应的按钮，对坐标轴进行设置(简称“轴设置”，Axis Setting)，以便于分析仿真波形的细节。例如，在启动过程中和达到稳态时的全部开关电流仿真波形如图5所示。
单击Line and Load Condition (线路和负载条件)按钮，可修改输入直流电压和输出功率，重新进行大信号仿真。单击Line and Load Conditions(线路和负载条件)按钮，显示仿真条件(SimulationConditions)对话框。软件的上述功能可在设计过程的最初就开始检查瞬态响应。以减少设计风险，提高工作效率。
4 POWER 4-5-6软件的设计实例
利用POWER 4-5-6中的Forward 7．24软件设计一个降压式开关稳压器。主要设计指标如下：
直流输入电压范围 22~26V；
额定值 24V；
输出电压 15V：
额定输出电流 3A，
最小输出电流 0．1A。
设计成工作在电流模式的非隔离式(Nonisolate)开关稳压器，开关频率为200kHz，最大占空比为90％，稳压器效率应超过80％。
打开Forward 7．24软件，在变换器的设计面板上，单击Enter Power Speeifieations按钮，进入选择开关电源的输入、输出参数的面板。然后单击OK按钮，返回变换器的设计面板，该稳压器只有输出滤波电感，未使用高频变压器。选择降压式变换器拓扑结构(Buck)。单击PWM Mode按钮，显示PWM Control Mode(脉宽调制控制模式)对话框，控制类型选择电流模式(Current-Mod)，设置好的脉宽调制控制模式对话框如图6所示。单击Control Design菜单，进入控制电路设计面板。单击
蓝色按钮，可对控制电路的小信号进行分析。
最后单击Circuit(电路)菜单，显示降压式变换器的全部设计结果。所列出的电源参数表如图7所示。由图7可见，该降压式变换器完全达到设计要求。
该变换器的输出电压及电感器电流的仿真波形分别如图8(a)、图8(b)所示。
