Simetrix/Simplis仿真基础

近4年开发电源的过程，在使用仿真软件的过程中，对仿真渐渐有了个了解，仿真不能代替实验。仿真软件显示电路不能工作，而实际确能工作，仿真不收敛，而实际电路永远不会不收敛。但是仿真软件可以测试未知电路，可以验证自己的想法，甚至大大缩短开发过程，在你仿真的过程中，也可以更深入的理解开关电源的拓扑结构，控制模式等，假如你要实验一个电路，发现库里没有现成的IC,在自己搭建IC之后，你对整个IC具体是如何运作的必定了解的非常清楚。

如果你的模型足够精确，你可以得到和实验室非常接近的结果。如果你的电路是错误的，你也不用担心“炸机”的危险。

Simetrix/Simplis是我个人比较喜欢用的一款仿真软件，相对与功能强大的SABER, Simetrix/Simplis具有操作简单，容易上手，速度快等特点，用来实验开关电源的各个功能电路非常不错，精通之后，也能进行更复杂的仿真实验，比如开关电源的损耗分析，环路分析，大信号分析，IC设计等。

“只要你能想到的，你就可以用电路实现！”

虽然这几年一直在接触这款软件，但离“精通”还相差很远，但我想利用它简单易学的特点，让更多的人了解使用它，对实际开发有所帮助。并希望引出玉来，使大家共同提高。

我打算先说一下软件操作过程，再举几个简单的实例，供大家参考。由于水平有些，只能说这些基础的东西。 先说一下目录

1. 基础操作：放置元件 2. 导入PSPICE模型

3. 瞬态分析，DC分析，AC分析，参数扫描 4. 自建子电路，元件库

5. 用SIMETRIX仿真开环BUCK。

6. 用SIMPLIS 仿真BUCK电路：POP分析，AC分析。 7. 两个简单的实例：桥式整流带恒功率负载—表达式的应用 填谷PFC PF值计算-波形的分析和处理

更深入一点的实例如 电流模式反激电路。 准谐振反激电路。 单极反激PFC电路。 LLC电路等。

做好后会和大家分享。

1. 放置元件。

先打开程序，点击File——New Schematic,建立新电路图

点这两处地方可以放置元件

基本的元件如DC电源，波形发生器电源，分段源，受控源，电阻，电容，电感，变压器，MOS管，三极管，二级管，稳压管，压控开关，地，电压探头，电流探头，运放等都能找的到，如上图，也可以从Place——From Model Library菜单中找到更多的元件，如3842，TL431等。

双击电路图中的通用元件，三极管,MOS管等可以选择另外一个型号，如双击Q2N2222可以把Q1变成Q2N3904

小技巧：快捷键的使用，比如按G，可以放置一个地，按R键放置电阻，C键放置电容等， F5旋转元件，F6镜像元件，F12放大，SHIFT+F12缩小，F3开始连线。

你把键盘的上的键全按一遍就熟悉了，哈哈。

2. 导入PSPICE库

你有时候会发现Simetrix/Simplis自带的库有些元件没有，没关系，Simetrix实际上就是一个简易版的PSPICE，兼容PSPICE的库和功能。因此我们可以导入PSPICE库文件。

选择如上图的菜单

然后选择PSPICE库文件的目录，点OK,如上图

然后选中下框中的内容，先点Add,在点OK，就可以了

然后你是不是发现库里面多了很多元件呢？

3.瞬态分析，DC分析，AC分析，参数扫描

用共射放大电路和RC滤波电路简单的说一下以上四种最基本也是最常用的分析。 首先建立一个RC 低通滤波电路如下图。

V1是5V电源，把Enable AC也选中，表示V1同时也是个频率源，允许进行AC分析。

R1是1K电阻，C1是电容，把电容初始电压设置为0，如下图

在RC之间放置一个电压探头，按快捷键B，也可以从菜单Place——Proble——Voltage Proble

点Simulator——Choose Analysis,进行分析设置，如下图

勾选中Transient和AC, 在Transient栏中 Stop time设置10ms,表示仿真时间为10ms 点Advanced Options键可以设置步长，步长时间越小越精确，但是速度也越慢

这里设置步长为10us

然后在AC栏设置一下AC分析的起始扫描频率和终止频率，就可以进行分析了

鼠标点击Run，或者点OK后按F9运行分析

瞬态分析的结果如下图，可以看到测试点电压是慢慢升起来的

AC分析结果如下图，可以看到增益刚开始是1，大约100HZ以后开始往下掉了。

参数扫描分析

假如我要知道R在一定范围变化，输出是如何变化的呢，总不能一次一次的去试吧，用参数扫描可以解决

R1从1K变化到10K,记录10个点的数据

一样的电路图，只需把R的值从1K改为{R},如下图

再在分析设置Transient栏目里面，勾选中Enable multi-step,然后点Define…

在弹出的框框里面选择第2项：Parameter然后设置数据start value:1k,stop value:10k, Number of steps:10，Parameter name:R 如下图。点OK。

在AC栏目里也进行同样的操作，就可以分析了

分析结果是不是一下出了十组数据呢？

DC分析

DC分析其实也是一种参数扫描分析，只不过变化的是电源，如下图共射放大电路 当电源V1从0V到5V，Q1 C极的工作点电压是如何改变的呢 这里要用到DC分析。

在分析设置里勾选中DC Sweep,同时在DC栏目里设置如下

Start value设为0，Stop value设为5，Number of points设为1K(表示描1000个点，越大越精确，也越慢) Device name设为V1,表示要变化的源是V1. 运行结果如下：

曲线表示了V1从0V到5V，Q1 C极对应的电压

3.自建子电路，库

有时候为了画图方便，而库里面有没有现成的，我们需要自己建立子电路或者库，把一个功能模块的电路另存为一个电路文件，提供响应的接口，另外一个电路调用它，而不需要把整个子电路在图上画出来，或者是干脆封装成一个库文件，直接调用库就可以了。 这里通过做一个 “压控振荡器”（类似LLC频率随FB电压改变）的例子来表明一下如何制作库或子电路。

需要能自己定义参数：最大频率，最小频率，增益（1V输入电压对应多少K的输出频率）

首先建立原理图，如下，如何实现VCO功能就不具体说了，有附件

添加两个模块端子VCTRL,FOUT (按H键可以添加模块端子)

另存为VCO.sxcmp(在另存为对话框中 保存类型选择第二项即可，表示是一个元件文件) 如下图

然后点击Simulator菜单中的 Create Netlist as Subcircuit…,建立网络表

然后后命名为VCO，点OK确定，再点OK

会弹出一个如下的框框，把文字全部复制下来，粘贴到记事本里面去， 然后另存到C:\\MYMOD目录。另存文件可以命名为VCO.MOD

为了可以实现输入参数，我们要把VCO.MOD稍作修改，把影响这些的值修改为变量

在第一行最后加入params: Gain=10k Fmin=20k Fmax=50k （表示默认1V对应10K频率，最小频率20K,最大频率50K）

把V2 ARB1_N3 0 10K 改为 V2 ARB1_N3 0 Gain 把V3 ARB1_N4 0 Fmin改为 V3 ARB1_N4 0 Fmin

把V4 ARB1_N5 0 Fmax 改为V4 ARB1_N5 0 Fmax 保存

然后点击File——Model Library——Add/Remove Libraries… 同第二节 导入PSPICE库 的操作过程一样，只不过把选择的目录由PSPICE目录改为你刚才这个MOD文件的目录（C:\\MYMOD）

选中下框的，点击Add,然后点OK

然后点击如下图菜单，为刚才的模型指定一个符号

打开对话框后，在左边栏里找到VCO,再点击右边的Auto Create Symbol键，为VCO自动创建一个符号。

再点击右边的New Category键，输入MYMOD,点OK

然后点击下方的Apply Changes键，好了，我们可以使用这个新创建的VCO库了。

新建一个原理图，点击Place——From Model Library…，找到刚才建立的库

在左边的栏里找到MYMOD,选中右边的VCO,然后点下方的Place放置元件。

建立好原理图如下，选中元件，点右键菜单的第二项为编辑参数。

参数设置如下，Gain设置为5k,表示输入1V输出就是5K的频率。Fmin设为4k,Fmax设为20k,表示最小输出频率为4k,最大输出频率为20k..

V1是个从0-10V变化的分段电压源

再看仿真结果，是不是和设计的相符合呢

子电路的建立更简单，这里就不再说了。

5用SIMETRIX仿真开环BUCK。

按下图画好原理图

放置直流电源，压控开关，方波电源V2,理想二极管，电感，电容，电阻，探头，一个简单的理想BUCK电路就完成了。

再看仿真波形，发现叠加在一起了。

没关系，按波形窗口 Curves菜单中的Stack All Curves就可以展开

展开波形如下。

附件：简单开环BUCK的原理图

6.用SIMPLIS 仿真BUCK电路：POP分析，AC分析。

实际上SIMETRIX/SIMLIS包含SIMETRIX和SIMLIS两个仿真内核，SIMETRIX是用的PSPICE内核，而SIMLIS是一个基于分段线性元件建立的内核，所以速度更快，可以直接找到开关电路的稳定工作点，可以不用平均模型，直接从原理图上得到传递函数。

首先要选择SIMLIS内核。

按下图点击菜单。

再选择第二项，按OK

可以画图了。

V2是个三角波，V3是FB信号，V2和V3比较后形成一个方波作为驱动信号。5V 的FB电压对应100%的占空比

可以看到仿真波形如下，但速度却快了很多，20ms的仿真时间3秒钟就完成了。

附件：

如果不想看稳定的过程，直接看稳定后的结果，并且要得到VB对输出的波特图，就要借助POP分析。

首先要加入一个POP Trigger,就是图中的X1,必须加在有周期性信号的地方，比如图中的三角波发生器。

要看波特图，要加入AC源（图中的V4）和波特图观察器（在Probe AC/Noise菜单可以找到）

然后很重要的一点，要在分析设置对话框中设置POP分析的参数，按下图勾选，Max.period时间要大于开关周期时间，比如本例开关频率为50K,那么这个数就要大于20u,这里取50u

然后运行分析，直接得到了稳态值和波特图。

附件

7.一些简单的实例：桥式整流加恒功率负载—表达式的应用 填谷PFC PF值计算-波形的分析和处理 启动时间的仿真-使用受控源

(1) 桥式整流加恒功率负载—表达式的应用

我们想知道桥式整流后大电解上的电压波形，但是又不想做一个完整的反激电路，我们可以假设反激电源是个恒功率负载，是不是可以做一个简单的恒功率负载达到目的呢 用表达式可以实现！

如下图，输入电压是90VAC/50HZ,电解电容是20U,V2是10V表示输入功率10W.

整个恒功率负载其实就是ARB1,其实是个表达式，更可以看作多功能的受控源，在PLACE菜单能找到

在里面设置两组电压输入，一路电流输出，如下图

并在框里输入V(N2)/V(N1).表示输出电流等于V2上的电压除以大电解上的电压

看仿真波形，大电解上的电压波形不是很低嘛，有90V以上

附件：

（2）填谷PFC PF值计算-波形的分析和处理

如何计算填谷PFC 的PF值呢，PF=有功功率/视在功率，波形的计算功能能帮我们达到目的。

画好图，加入恒功率负载，并添加输入电压和输入电流的探头，如下图

运行仿真，再得到波形后点图上的RMS按钮求的有效值

再点Plot菜单Mutiply Two Curves,得到电压和电流相乘的波形

分别选中电压和电流，点OK

于是我们得到了一个计算出来的波形，再点AVG,求出平均值，即是有功功率

我们算出PF=20.52/(90*0.2726)=0.836

附件：