PSpice包括三种类型开关,如图1所示,分别为压控开关Sbreak和S、流控开关Wbreak和W、时控开关Sw_tClose和Sw_tOpen,下面分别对三类开关的功能和具体使用方法进行讲解。
图1 开关符号
1 压控开关
Sbreak和S为压控开关,具体模型参数如表1所示。当开关开通时即控制电压高于VON时电阻为RON;当开关关断时即控制电压低于VOFF时电阻为ROFF,控制电压在VON和VOFF之间时电阻在RON和ROFF之间连续变化。
表1 压控开关S模型参数
Sbreak语句如下,与开关S参数意义一致,使用时需要注意如下事项:
.model Sbreak VSWITCH Roff=100 Ron=10 Voff=0.0 Von=1.0
a.RON和ROFF参数值必须介于零和1/GMIN之间。GMIN值由仿真设置选项OPTIONS进行设置,如图2所示,通常情况GMIN默认值为1E-12。
图2 GMIN设置
b.RON与ROFF比值必须小于1E+12。
c.精度允许情况下,通常RON值尽可能取大,ROFF值尽可能取小,使电路仿真收敛性更好。
图3 S测试电路
图3为压控开关S测试电路,当控制电压大于5V时开关导通,电阻为0.1欧姆;当控制电压小于1V时开关断开,电阻为1e6欧姆;输入信号为频率1kHz、幅值20V、正负对称的正弦波。
图4 S仿真波形
图4为仿真波形:V(IN)为输入电压波形、V(OUT)为输出电压波形、V(CTRL)为控制信号电压波形;当控制电压高于5V时输出与输入一致;当控制电压低于1V时输出为0;当控制电压在1V—5V之间时输出与输入按比例变化,与控制电压成线性关系。
2 流控开关
Wbreak和W为流控开关,具体模型参数如表2所示。当开关开通时即控制电流高于ION时电阻为RON;当开关关断时即控制电流低于IOFF时电阻为ROFF,控制电流在ION和IOFF之间时电阻在RON和ROFF之间连续变化。
表2 流控开关W模型参数
Wbreak语句如下,与开关W参数含义和使用方法均一致。
.model Wbreak ISWITCH Ioff=0.0 Ion=1e-3 Roff=1e6 Ron=1.0
3 时控开关
Sw_tClose和Sw_tOpen为时控开关,具体模型参数如表3和表4所示。Sw_tClose为常断开关,断开时电阻阻值为ROPEN;在TCLOSE时刻开关闭合,由断开到闭合的转换时间为TTRAN,转换期间电阻值连续变化;开关闭合之后电阻阻值为RCLOSED;该模型只能用于瞬态仿真分析。Sw_tOpen为常闭开关,闭合时电阻阻值为RCLOSED;在TOPEN时刻开关断开,由闭合到断开的转换时间为TTRAN;开关断开之后电阻阻值为ROPEN;该模型只能用于瞬态仿真分析。
表3 时控开关Sw_tClose模型参数
表4 时控开关Sw_tOpen模型参数
图5 时控开关测试电路
图5为时控开关测试电路,输入为正弦波电压信号源,负载为固定电阻。U1为常闭开关Sw_tOpen,U2为常断开关Sw_tClose。在1ms之前输出电压为0;在1ms时U2闭合,输出与输入电压一致;在4ms时U1断开,输出电压为0,仿真波形如图6所示。
图6 时控开关仿真波形
图6为时控开关仿真波形,V(IN)为输入电压波形,V(OUT)为输出电压波形。0—1ms输出电压为零;1ms—4ms输出电压与输入电压一致;4ms—5ms输出电压为零;电路设置与仿真输出一致。