【正文】 實用化工作，從而使 SPICE 成為最為流行的電子電路仿真軟件。 1998 年著名的 EDA 商業(yè)軟件開發(fā)商 ORCAD 公司與Microsim公司正 式合并，自此 Microsim 公司的 PSPICE 產(chǎn)品正式并入 ORCAD 公司的商業(yè) EDA 系統(tǒng)中。 PSPICE 軟件的使用已經(jīng)非常流行。 （ 2）組成 PSPICE 是計算機輔助分析設計中的電路模擬軟件。用戶根據(jù)要求來設置不同的參數(shù)，分析電路的頻率響應，測試電路的瞬態(tài)響應，還可以對電 路進行交直流分析、噪聲分析、最壞情況分析等，使用戶的設計達到最優(yōu)效果。而仿真技術可將“實驗”與“修改”合二為一。它的用途非常廣泛，不僅可以用于電路分析和優(yōu)化設計，還可用于電子線路、電路和信號 與系統(tǒng)等課程的計算機輔助教學。被公認是通用電路模擬程序中最優(yōu)秀的軟件，具有廣闊的應用前景。 在電路系統(tǒng)仿真方面， PSPICE 可以說獨具特色，是其他軟件無法比擬的，它是一個多功能的電路模擬試驗平臺， PSPICE 軟件由于收斂性好，適于做系統(tǒng)及電路級仿真，具有快速、準確的仿真能力。只要熟悉Windows 操作系統(tǒng)就很容易學，利用鼠標和熱鍵一起操作，既提高了工作效率，又縮短了設計周期。 b)功能強大，集成度高 在 PSPICE 內(nèi)集成了許多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪聲分析、溫度分析等 ，用戶只需在所要觀察的節(jié)點放置電壓（電流）探針，就可以在仿真結果 圖中觀察到其“電壓（或電流） 時間圖”。另外，用戶還可以對仿真結果窗口進行編輯，如添加窗口、疊加圖形等 ，還具有保存和打印圖形的功能，這些功能都給用戶提供了制作所需圖形的一種快捷、簡便的方法。 （ 1） 直流分析 非線性直流分析功能簡稱直流分析。對電路進行的直流分析主要包括直流工作點分析、直流掃描分析和轉移函數(shù)分析。通過對電路進行直流工作點的分析，可以知道電路中各元件的電壓和電流，從而知道電路是否正常工作以及工作的狀態(tài)。 直流掃描分析主要是將電路中的直流電源、工作溫度、元件參數(shù)作為掃描變量，讓這些參量以特定的規(guī)律進行掃描，從而獲取這些參量變化對電路各種性能參數(shù)的影響。 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 8 頁與直流掃描 分析相類似的還有溫度分析。因為電路的主要器件的特性都是與溫度有關的，所以這就為分析電路在環(huán)境變化是的工作情況提供了一種非常有用的工具。 （ 2） 暫態(tài)分析 非線性暫態(tài)分析簡稱為暫態(tài)分析。時域分析是指在某一函數(shù)激勵下電路的時域響應特性。 （ 3）交流分析 線性小信號交流分析簡稱為交流分析。這種分析等效于電路的穩(wěn)態(tài)分析即頻域分析。 小信號轉移特性分析主要分析在小信號輸入的情況下，電路的各種轉移函數(shù)，通常分析的是電路的電壓放大倍數(shù) 。通過噪聲分析可以計算出各器件在某一輸出節(jié)點產(chǎn)生的總噪聲以及某一輸入節(jié)點的等效輸入噪聲。 （ 4） 靈敏度分析 靈敏度分析包括直流靈敏度分析和蒙特卡羅分析兩種。它是在工作點附近將所有的元件線性化后，計算各元器件參數(shù)值變化時對電路性能影響的敏感程度。對于那些對電路性能有重要影響的元件，要在電路的生產(chǎn)或元件的選擇時給予特別的關注。 6）利用 Probe 觀察模擬結果。VT 的占空比 Dy必須小于 1。 U i nLV TDU o 圖 1 boost型 DCDC轉換器 boost 變換器的參數(shù)計算與器件選擇：流過電感 L的電流最大值 sOOLiL Lf UDyDyIiII 2 )1(121m a x ??????? (1) 其中 iI 為輸入電流， OI 為負載電流， yD 為占空比， Sf 為開關頻率。開關管 VT 和續(xù)流二極管 D的電壓定額為 ODVT UUU )3~2(?? (2) 開關管 VT 和續(xù)流二極管 D的電流定額為 m a x)2~( LDVT III ?? (3) 濾波電感的計算，由 syinL TDLUi ?? (4) 得濾波電感量為 Lsyin i TDUL ?? (5) 濾波電容的計算，如果輸出電壓脈動很小，則輸出脈動電壓由下式?jīng)Q定： sOyO CfIDU ?? (6) 濾波電容量為 OsOyUf IDC ?? (7) 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 10 頁 buck 型 DCDC 轉換器 buck 型 DCDC 轉換器是一種降壓型 DCDC 變換電路，輸出電壓小于或等于輸入電壓。 V TDCLU i nU o 圖 2 buck型 DCDC轉換器 buck 變換器的參數(shù)計算與器件選擇：流過電感 L的電流最大值 ])1(21[21m a x SyLdLdL TDLRRUoiLIoI ?????? (8) 其中 LdR 為負載電阻， OI 為負載電流， yD 為占空比， ST 為開關周期。開關管 VT和續(xù)流二極管 D 的電壓定額為 inDVT UUU )3~2(?? (9) 開關管 VT 和續(xù)流二極管 VD 的電流定額為 m a x)2~( LDVT III ?? (10) 濾波電感的計算，由 Dy T sL DyUiDy T sL UUii nOnL )1( ????? (11) 得濾波電感量為 Lin i D yT sDyUL ??? )1( (12) 當 yD = 時， L最大。輸出電壓極性和輸入電壓極性相反。 U i nV TDLCU O 圖 3 buck/boost型轉換器 功率開關管 Vt 導通時，隔離二極管 D 因承受反向偏壓而關斷。隔離二極管 D 因承受正向電壓而導通，忽略 D 的正向電壓降，電感兩端的電壓即為輸出電壓 Uo，即 dtdiLU LO ?? (18) 功率開關管關斷期間，電感 L 中的貯能 通過負載電阻 RL 和濾波電容 C 釋放，iL 由最大值開始下降： )(m a x to ntLUII OLL ??? (19) 當 VT 關斷結束（ t=ton+toff）時，電感電流下降到最小值，即 offOLL tLUII ?? m a xm in (20) 將電感電流的最小值 minLI 代入 maxLI 表達式中，可得 inyyinononino f fon UDDUtT tUttUo ????? 1 (21) 由上式可見，當占空比 yD 大于 時，輸出電壓高于輸入電壓；當占空比小于 時，輸出電壓低于輸入電壓，因此，該電路稱為升壓 /降壓型 DCDC 轉換器[4]。即通過對一系列脈沖的寬度進行調制來等效地獲得所需要波形 (含形狀和幅值 )。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。以正弦 PWM 控制為例。這些脈沖寬度相等，都等于 N，但幅值不等且脈沖頂部不是水 平直線而是曲線，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。各 PWM 脈沖的幅值相等而寬度是按正弦規(guī)律變化的。對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到 PWM 波形。 （ 2） PFM 控制 PFM 是一種脈沖調制技術，調制信號的頻率隨輸入信號幅值而變化，其占空比不變 。最近幾年 PFM 控制方式在開關電源中使用日益增多，具有以下優(yōu)點：在輕負載下效率很高，工作頻率高，頻率特性好，電壓調整率高。 （ 3） PWM/PFM 控制 對于額定功率時工作在 PWM 模式的開關電源，也可以通過切換至 PFM 模式提高待機效率，即固定開通時間，調節(jié)關斷時間，負載越低，關斷時間越長，工作頻 率也越低。 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 13 頁實現(xiàn) PWM 和 PFM 的切換，也就提高了輕載和待機狀態(tài)時的電源效率。即使負載從零激增至滿負載的情況下，能夠快速反應，反之亦然。 （ 4） PSM 控制 PSM 調制方式是開關電 源中一種新的控制方式，稱為脈沖跨周調制。其工作波為 圖 4 PSM工作波形 目前 PSM 控制方式已經(jīng)用于開關電源，具有以下優(yōu)點：在負載較輕時率很高，工作頻率高，頻率特性好，功率管開關次數(shù)少，適用于小功率電源管理 IC。 軟開關技術 開關分為軟開關和硬開關，其中硬開關的特點為：開關過程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)了重疊，有顯著的開關損耗。如圖開關損耗與開關頻率之間呈線性關系，因此當硬電路的工作頻率不太高時，開關損耗占總損耗的比例并不大，但隨著開關頻率的提高，開關損耗就越來越顯著。 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 14 頁 U iSV DLCR 圖 5 硬開關降壓型電路圖 圖 6 硬開關降壓型理想化波形 圖 7 硬開關關斷過程 t o u i p o u i t u u i i P o 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 15 頁 圖 8 硬開關開通過程 對應的軟開關電路圖如圖 9 所示。降壓型零電壓開關準諧振電路中，在開關過程前后引入諧振，使開關開通前電壓先降到零，關斷前電流先降到零，消除了開關過程中電壓、電流的重疊，從而大大減小甚至消除開關損耗，同時，諧振過程限制了開關過程中電壓和電流的變化率，這使得開關噪聲也顯著減小。 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 16 頁 圖 10 理想化波形 圖 11 軟開關關斷過程 圖 12 軟開關開通過程 u i o i t t o u 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 17 頁 準諧振電路 （ 1） 零電壓準諧振 在基本 Buck 變換器電路中加入 Lr、 Cr，變成并聯(lián)電容型零電壓開關，構成零電壓型準諧振 Buck 變換器，如下圖所示。 圖 14 零電壓準諧振工作波形圖 選擇開關 VT1的關斷時刻為起始點。 t0t1階段，開關管 VT1在