本文作者：楊浩東 王偉 單位：江蘇常熟理工學院電氣與自動化工程學院

常用電力電子仿真軟件的特點

Matlab軟件下有專門針對功率系統仿真的相應工具箱PowerSystem，該工具箱建立了電力電子器件、無源元件、變壓器以及電動機等各種功率器件的理想模型，特別容易與Matlab下強大的數學運算功能接口，在算法和原理驗證方面具有獨特的性能，但對于電力電子器件模型仍為較理想模型，一般只用于原理性驗證。

Psim是一款小巧的專門針對功率系統仿真的軟件，包含了豐富的電力電子器件模型和一些常用的算法模塊，但該軟件用到的模型一般都為理想模型，與Matlab類似，一般也只用于算法和原理性的驗證。

Pspice和Saber軟件是市場上較為成熟的電子系統仿真軟件，能夠完成電路的直流分析、交流分析、參數分析以及瞬態分析，其包含的器件模型與實際模型較為接近，且各大功率器件和芯片廠商都提供了針對這兩個軟件的器件仿真模型，可以直接從廠商網站得到。采用這兩軟件，能夠得到與實驗特別接近的仿真結果，但這兩款軟件對于初次接觸電力電子課程的學生較難掌握，需要較多的基礎知識準備。

SIMetrix/SIMPLIS軟件是一款體積較小的可用于電力電子仿真的專業軟件，其內部提供了兩種仿真模式，一種是SIMetrix方式，與Pspice仿真算法基本相同，仿真速度較慢；另一種為SIMPLIS，采用分段線性化的求解方式，仿真速度較快。該軟件內部包含了豐富的電力電子器件和控制芯片模型，并且能夠導入Pspice的相關模型，容易擴展。該軟件仿真速度快，且能得到與實際較為接近的波形。

不同仿真軟件在電力電子教學中的應用

電力電子器件特性的掌握是電力電子課程中關鍵的一部分內容，該部分內容中電子器件的工作原理雖然在模擬電子技術中有所涉及，但電力電子中關注的內容與弱電電路中的器件不同，如二極管，高頻功率電路中更加關注二極管的反向恢復特性等，如功率場效應器件（Mosfet），在功率電路中更加關注其開通關斷的特性。Mosfet的驅動電路設計往往是其能否可靠工作的關鍵，該部分內容在教學時，可以利用Pspice、Saber或SIMetrix/SIMPLIS等幾個軟件器件模型較為精確的特點，采用仿真分析的方法來講述該部分內容，形象直觀，學生易于理解。如圖1中在研究驅動Mosfet時，由于門極驅動走線引起的電感對驅動波形的影響，圖1中L1為走線電感，R2為門極電阻，圖1中給出了當R2為5歐姆和50歐姆時Mosfet管門極上的電壓波形，從圖中可以看出，當門極電阻較小時，容易引起驅動電壓的振鈴現象，當R2為50歐姆時，振鈴現象消失，但驅動速度會相應變慢。學生通過仿真演示或自己動手仿真，能夠對器件的相關特性有更加直觀的理解。

電力電子課程中，介紹了大量的拓撲電路，在分析這些電路時，都需要對電路中各個器件在不同時刻的電壓和電流波形進行分析，這時一般都為電路的工作原理講解，不需要對器件的特性進行考慮，可以在理想器件模型下進行分析。如在相控整流、DC/DC變換這兩部分內容，有大量的波形分析，這時可以借助于Psim分析軟件來完成，該款軟件操作和設置十分簡單，學生較為容易掌握。如圖2為對Boost升壓電路原理進行仿真的電路圖和得到的相關波形，學生通過自己動手或老師演示，對電路中一些關鍵波形進行分析，這樣可以使這部分內容讓學生能夠更為直觀的理解。

電力電子課程中也講述了一些開關器件的控制算法，如PWM調制算法，在講述該部分內容時，可以利用Matlab容易建立數學模型的特點，如SPWM、SVPWM以及諧波注入的PWM調制算法等，用Matlab實現相比其他軟件要方便的多。

對于電力電子中的一些實驗，可以借助于軟件仿真來實現，Pspice、Saber或SIMetrix/SIMPLIS等幾個軟件中不僅有豐富的器件模型，而且控制芯片也相當豐富，可以在這些軟件下完成一些更為復雜的電路仿真，如帶閉環的DC/DC變化電路等，這樣不僅為理解芯片的工作原理提供方便，同時也能為電路器件參數的選擇提供參考。

結論

目前用于電力電子仿真的軟件相當豐富，并且各軟件公司也都提供了相應的學生版本，在教學過程中，針對不同的教學內容可以引入合適的仿真軟件。對于一些電路的波形分析或原理驗證，只需要考慮器件的理想特性，可以考慮采用Psim軟件；對于一些算法的仿真，可以采用Matlab來實現；而對于器件介紹或實驗模擬等需要考慮器件的實際特性時，可以采用Pspice、Saber或SIMetrix/SIMPLIS等軟件。