2-75 PSPICE在脉冲功率装置设计中的应用

计 策 曹文彬 丰树平

　　PSPICE软件采用数学模型和仿真算法，以电路理论为依据，对电路进行各种分析、计算和校验。使用PSPICE对脉冲功率装置进行电路模拟，可以提高工作效率和设计的可信度，对新装置的设计具有重要作用。

　　用PSPICE软件对脉冲功率装置的各个组成部分建立等效的电路模型，尤其是脉冲形成部分，根据不同装置的脉冲形成线，有中储加单线和双线两种电路模型。电路模型的正确性关键在于对装置各部分的等效是否合理，所选取的参数是否能反映真实装置的情况。

　　闪光Ⅰ是高电压、高阻抗强流脉冲电子束加速器，是中国工程物理研究院于20世纪70年代设计和建造的。采用的是双线结构，主开关位于内筒和中筒之间，中筒充负电压，用来验证电路模型的正确性是很合适的。由闪光Ⅰ各部分的参数，得到完整的电路模型。

　　Marx发生器中单个电容器充电70kV，串联电容C_m上7MV电压。计算时令主开关在充电峰值电压的90%时导通，预脉冲开关在主脉冲达到200kV时自击穿。模拟计算与实验所得的负载上的电压波形如图1所示。

　　一般计算的电压、电流峰值比实验测得的大，可能是电路模型中有未考虑到的损耗因素。而上升前沿和脉冲宽度的模拟计算结果与实验结果比较吻合。从模拟计算闪光Ⅰ装置电路的结果来看，用PSPICE软件等效的电路模型能比较真实地反映出装置的电性能，可以将这些电路模型应用到新的脉冲功率装置的设计中。

　　根据PTS实验平台的参数，整个单路模块的电路模型如图2所示，图中，TD为电长度，ZD为特性阻抗。

　　将24个这样的单路模块的电路模型并联接上负载部分，主开关在双线上的充电电压在峰值附近时导通，预脉冲开关在主脉冲达到约200kV时导通，忽略开关的同步性等因素，模拟计算出的负载电流波形如图3所示。

　　通过对电路参数的调整，能较方便地了解各参数的改变对装置性能的影响，使设计效率大大提高，得到的相关计算结果对PTS实验平台的参数设计具有参考价值。