1 POWER 4-5-6的仿真功能
PSpice是PC環境下的通用電路仿真程序的簡稱，它是從SPICE (Simulation Program withIntegrated Circuit Emphasis)發展起來的。利用POWER 4-5-6 Plus Release 8可生成開關電源的PSpiee模型。PSpice模型非常通用，利用它可獲得各種變換器的小信號傳遞函數。在生成PSpiee列表之前需要向軟件指定所必須的傳遞函數。以保證模型中的激勵源有效。當PSpice運行后，用戶需要指定特定節點的電壓值或者電流值，以研究傳遞函數的校正。變換器常用傳遞函數的分類見附表，括號內的數字表示所對應拓撲結構的節點編號。在所有的拓撲結構中，節點5對應于輸出電壓，節點10對應于誤差電壓。

控制回路設計面板可提供多種傳遞函數，POWER 4-5-6 Plus Release 8將PSpice作為一種可獲得小信號傳遞函數的便捷方法。PSpice模型的列表通常在功率級和控制回路中由POWER4-5-6 Plus Release 8自動生成。無論采用電流模式還是電壓模式，各種變換器的控制器和補償器的拓撲結構都是相同的。因此，控制器和補償器可理解成每個功率級所共有的分支電路，它們的元件值會根據特定的拓撲結構和元件值發生變化。POWER 4-5-6 Plus Release 8根據用戶在控制回路設計面板中指定的輸入及負載參數，自動檢測變換器是處于不連續模式還是連續模式。用戶不需要熟悉PSpice的工作細節，即可使用上述功能。
下面以降壓式變換器為例，介紹其PSpice模型和補償電路的PSpice原理圖。
由POWER 4-5-6 Plus Release 8生成的帶反饋補償電路的降壓式變換器的PSpice模型如圖1所示，圖1中給出了重要的節點編號，藍(黑)色條中的“Power Stage Model”代表電源級電路模型。該變換器工作在連續模式，開關電路模型的名稱為“PWMCCM”。若POWER 4-5-6辨認出是不連續模式，則開關電路模型的名稱會變成“PWMDCM”。由圖1可見，直流輸入電壓Vin經過濾波器(FILTER)、高頻變壓器(TRANSFORMER),接脈寬調制器(PWM)。ISOLATION表示隔離框，當隔離框與節點10接通時構成閉環(closedloop)，若沿著虛線與節點11接通時，則形成開環(open loop)，VC為控制電壓，其負極節點編號為0，表示與公共地連通。L為濾波電感，其等效電阻為R1。C為濾波電容感，其串聯等效電阻為RC。R為負載電阻。TYPE3表示反饋電路的類型。

補償電路的PSpice電路原理如圖2所示。電壓控制模式和電流控制模式的補償電路是相同的。在電流模式下通常使用雙極點、單零點補償器，只要選用的元件值合適，由C2和R3組成的支路就被接通。若采用1型放大器，則由C1和R2組成的支路被接通。

2 POWER 4-5-6 Plus Release 8軟件的使用方法
POWER 4-5-6 Plus Release 8是美國RidleyEngineering公司開發的開關電源仿真軟件(第8版)。打開POWER 4-5-6 Plus Release 8，選擇降壓式變換器拓撲結構(Buck Topologies)，單擊Start按鈕，啟動軟件，進入Power Supply Schematic(電源原理圖)面板，如圖3所示。圖3中的紅色部分是由軟件完成設計的，單擊這些地方可觀察相應的電路和參數值。根據POWER 4-5-6的編碼順序，若改變某個紅色方框中的參數值，則比它編號更大的紅色方框中的參數值也隨之改變。但所設置的參數值必須在允許范圍內，否則POWER 4-5-6會理解為禁止使用，而使用默認值。單擊小圖標，可觀察仿真波形并能修改輸入直流電壓和輸出負載。單擊小圖標，可獲得小信號傳遞函數的信息，觀察環路增益、功率放大級、補償電路和輸入濾波電路的特性。該面板上共有4個紅色方框、6個紅色元器件符號和8個波形仿真測試點。例如，單擊Input EMI Filter(輸入電磁干擾濾波
器)紅色方框，可顯示的二階EMI濾波器元件面板。單擊可顯示輸入濾波器傳遞函數(InputFilter Transfer Function)。

3 利用POWER 4-5-6軟件進行大信號仿真
所謂大信號仿真，是指對功率級和控制電路中幅度較高的大信號進行仿真。POWER 4-5-6能在幾秒鐘之內對大信號閉合回路完成200個周期的仿真。該仿真系統能顯示出開關電源功率級和控制電路中大多數非線性元件的大信號響應。下面仍以正激、推挽式變換器為例，介紹對開關電源的功率級進行大信號波形仿真的方法。
在推挽式變換器的功率級原理圖面板上，標有藍色字體的4個Current(電流)按鈕和1個Voltage(電壓)按鈕，可分別對功率級的5處電壓、電流測試點進行瞬態或穩態波形仿真。下面僅介紹開關電流的波形仿真。單擊Rectifier and InputFilter[17]下面的Current按鈕，即可顯示SwitchCurrent(開關電流)波形仿真面板，如圖4所示。若時間軸選擇“Full Scale”(全尺寸)，還可顯示全部200個開關周期的波形，用戶可根據需要放大曲線以研究波形的細節。圖1中的仿真波形是電路達到穩態并將時間軸放大以后得到的。

利用波形仿真面板上的按鈕可幫助用戶在規定大信號仿真條件下，觀察或分析瞬態和穩態仿真波形。在Simulation Options(仿真選項)欄目下面有以下4個大信號仿真選項。
(1)Start-Up(啟動)將初始條件清空，用來顯示啟動時的波形。在此條件下的波形仿真便于研究變換器達到穩態之前的全部細節，這對研究和分析啟動時的峰值點及輸出電壓的過沖現象非常有用。
(2)Continue(連續)在完成對前200個大信號周期的仿真后，顯示后續200個大信號周期的波形。用戶可能需要多次單擊這個按鈕，以等待變換器從啟動狀態或瞬態過渡到穩態。
(3)Steady-State(穩態) 用于軟件自動估算功率級元件的穩態值，然后將這個穩態值作為初始條件，對400個周期的大信號進行計算。經這次仿真后，變換器會非常接近于穩態。若使用Continue按鈕，就能更接近于實際穩態響應。
(4)Repeat(重復) 在與上次仿真完全相同的條件下再進行一次仿真，以便當元件或負載發生變化時能系統地響應加以比較。但重復條件下的開關電流仿真波形也可能與穩態開關電流仿真波形相同。
仿真器一般需要幾秒鐘時間來計算仿真結果并繪制仿真波形。軟件默認的設置是每次顯示200個大信號周期的仿真曲線。用戶可通過分別單擊Vertieal Axes(Y軸)、Time Axes(時間軸，即x軸)標題下面所對應的按鈕，對坐標軸進行設置(簡稱“軸設置”，Axis Setting)，以便于分析仿真波形的細節。例如，在啟動過程中和達到穩態時的全部開關電流仿真波形如圖5所示。

單擊Line and Load Condition (線路和負載條件)按鈕，可修改輸入直流電壓和輸出功率，重新進行大信號仿真。單擊Line and Load Conditions(線路和負載條件)按鈕，顯示仿真條件(SimulationConditions)對話框。軟件的上述功能可在設計過程的最初就開始檢查瞬態響應。以減少設計風險，提高工作效率。

4 POWER 4-5-6軟件的設計實例
利用POWER 4-5-6中的Forward 7．24軟件設計一個降壓式開關穩壓器。主要設計指標如下：
直流輸入電壓范圍 22~26V；
額定值 24V；
輸出電壓 15V：
額定輸出電流 3A，
最小輸出電流 0．1A。
設計成工作在電流模式的非隔離式(Nonisolate)開關穩壓器，開關頻率為200kHz，最大占空比為90％，穩壓器效率應超過80％。
打開Forward 7．24軟件，在變換器的設計面板上，單擊Enter Power Speeifieations按鈕，進入選擇開關電源的輸入、輸出參數的面板。然后單擊OK按鈕，返回變換器的設計面板，該穩壓器只有輸出濾波電感，未使用高頻變壓器。選擇降壓式變換器拓撲結構(Buck)。單擊PWM Mode按鈕，顯示PWM Control Mode(脈寬調制控制模式)對話框，控制類型選擇電流模式(Current-Mod)，設置好的脈寬調制控制模式對話框如圖6所示。單擊Control Design菜單，進入控制電路設計面板。單擊
藍色按鈕，可對控制電路的小信號進行分析。

最后單擊Circuit(電路)菜單，顯示降壓式變換器的全部設計結果。所列出的電源參數表如圖7所示。由圖7可見，該降壓式變換器完全達到設計要求。

該變換器的輸出電壓及電感器電流的仿真波形分別如圖8(a)、圖8(b)所示。