近年來，隨著開關(guān)變換器在理論分析方法上取得了突破性進展，開關(guān)變換器的研究在國際上形成了熱潮。開關(guān)變換器電路以其高效率、體積小、重量輕在各類功率變換電路中占據(jù)主導(dǎo)地位。由于PWM型DC--DC變換器是一個強非線性或時變或斷續(xù)的電路，因此，變換器電路動態(tài)特性的分析和設(shè)計都較困難。

開關(guān)變換電路的分析方法有很多[1],大致可分為兩類：數(shù)值仿真法和解析建模法。數(shù)值仿真法是指利用各利用各種各樣的算法以求得變換器某些特性數(shù)字解的方法。其優(yōu)點是準確度和精確度都很高，可以得到響應(yīng)的完整波形，適用范圍廣，可進行小信號分析和大信號分析，用起來方便；缺點是物理概念不甚清楚，對設(shè)計指導(dǎo)意義不大[2]。而解析建模法指能用解析表達式表示其特性的建模方法，建模時常做某些近似假定，以簡化分析，它著眼于工作機理的分析，滿足一定精度要求下要簡單通用，能為設(shè)計提供較明了的依據(jù)。本文對PWM開關(guān)變換器的分析方法作以較全面的綜述并總結(jié)其發(fā)展的趨勢。

2 數(shù)值仿真法

數(shù)值仿真法有直接法和間接法。前者直接利用現(xiàn)有的通用電路仿真程序，如SPICE等，不需要重新建立電路模型，只需局部地建立一些專用的仿真模型，等效子電路及子程序即可,其不足之處在于計算速度較慢；后者是指在采用某種數(shù)值分析之前，需要從原變換器電路中建立一個專用的數(shù)學模型，如離散時域模型等，然后用適當?shù)臄?shù)值分析法求解，其優(yōu)點是計算速度較快。

2.1　spice 和pspice 仿真

Spice作為一種通用電路仿真程序，在開關(guān)功率變換器時域大信號和頻域小信號仿真中得到了廣泛的應(yīng)用[3]。其優(yōu)點是：可分析功率半導(dǎo)體器件、變換器電路、電力電子系統(tǒng)等，可直接由電路仿真，不必列寫電路方程, 而且它可以解決大信號分析問題，但難用解析法求解。它還存在著運行時間長、不易收斂等問題。 而PSPICE是SPICE電路模擬器家族的一員，是首先用于IBM--PC機上基于SPICE的模擬器。PSPICE和SPICE的主要區(qū)別在于PSPICE收斂性和性能更好，但作電路的瞬態(tài)分析時，也占用較多機時[4]。

SPICE和PSPICE的仿真結(jié)果都以數(shù)據(jù)文件形式表示，可以將它輸入其它軟件如MATLAB等，以便進一步對電路性能進行評估和尋優(yōu)。香港理工大學Y.S.Lee等用PSPICE和MATLAB結(jié)合，開發(fā)了電力電子電路優(yōu)化用的CAD程序MATSPICE[3]。其用途包括：建立SPICE模型，存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)；仿真和性能評估；設(shè)計目標和約束定義的描述；多目標優(yōu)化等。

另外，由于開關(guān)變換器閉環(huán)時是強非線性系統(tǒng)，在參數(shù)設(shè)置不當時易出現(xiàn)混沌類現(xiàn)象，而采用解析法時難以對混沌類現(xiàn)象進行預(yù)測，從而更需要借助于數(shù)字仿真。

SPICE同其它高性能的軟件相結(jié)合可為功率電子電路和系統(tǒng)的仿真創(chuàng)造更為有利的計算機輔助分析和設(shè)計工具，這是其發(fā)展的一個重要方向之一[5]。

2.2 離散時域仿真法

1979年美國弗吉尼亞電力電子中心李澤元教授首先提出了開關(guān)DC—DC變換器的離散時域仿真法。 20世紀80年代后期, 清華大學蔡宣三教授對該方法進行了深入的研究。此法是研究拓撲變化及元件參數(shù)變化對系統(tǒng)瞬態(tài)特性影響的有力工具。 在應(yīng)用時的基本方法是：列出非線性系統(tǒng)的分段線性方程，求狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律，由此導(dǎo)出非線性差分方程，再用計算機求解。它可用以仿真多環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)不同的控制規(guī)律，快速、準確、高效率地研究拓撲變化和元件參數(shù)變化對系統(tǒng)瞬態(tài)特性的影響。還可用以仿真穩(wěn)態(tài)過程、大信號響應(yīng)及小信號相應(yīng)。其缺點是，得不到解析形式的數(shù)學方程，物理意義不清晰。文獻[6]將Ｍ＋Ｎ維的開關(guān)電源分解成慢和快兩個子系統(tǒng)，分別以大步長和小步長積分，Ｎ維子系統(tǒng)的輸出以低階多項式插值，作為Ｍ維子系統(tǒng)的輸入，從而達到了快速性和準確的統(tǒng)一。文獻[7]采用截斷

Taylor級數(shù)，但存在時間量化誤差。文獻[8]采用Chebeyshev級數(shù)法計算狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，通過求解一簡單的代數(shù)方程獲得拓撲改變的時刻，克服了文獻[7]中存在時間量化誤差的缺點。另外，值得提出的一種方法是改進節(jié)點法（ＭＮＡ）。它部分的改善了節(jié)點法的處理電源不充分、不能包含與電流有關(guān)的元件、不便于得到支路電流、難以實現(xiàn)有效的數(shù)字積分、分析電路的零極點要用特殊技術(shù)等缺點。但仍存在效率低、需要更多電路變量等問題。文獻[9]提出一種開關(guān)構(gòu)造函數(shù)，以Ｓ域改進節(jié)點方程來描述變換器的動態(tài)行為，通過拉氏反變換獲得時域響應(yīng)。這種方法中所有的拓撲結(jié)構(gòu)可用一個單一的改進節(jié)點矩陣來代替，因而仿真速度快，且沒有作任何近似[9]。