家好，今天我們來談談在pspice的仿真中，一些磁性元件的應用。因為電感元件的參數比較單一，而且在仿真中，主要是仿真元件的電子特性。所以，這里就不談電感，而主要討論一下變壓器和耦合電感的問題。
我發現，不少朋友在使用pspice仿真的時候，只會使用元件庫中的幾個理想化的耦合電感和變壓器模型，卻不會用那種帶磁芯參數的耦合電感和變壓器。下面讓我們畫一張原理圖，把常用的理想化的和非理想話的耦合電感及變壓器包含進去，進行一個仿真比較，這樣才能掌握模型的特點，從而在實際工作中運用。
在這張原理圖中，我們一共放置了5個耦合電感和變壓器模型。其中左邊的2個是理想化的，右邊三個是非理想化，模擬的是帶著實際的磁芯的磁性元件，磁芯的規格是3C90材質的ER28L。
有必要先簡單說一下耦合電感這個模型，讓一些剛入門的朋友便于自己動手嘗試。在圖中的K1、K2、K3就是以耦合電感為核心構造的幾個變壓器。我們構造這種變壓器的時候，需要放置一個耦合電感模型K_Linear或K_Break或一個帶磁芯的耦合電感模型例如K3所用的ER28L_3C90這個模型。然后需要根據實際的需要放置一個電感模型作為繞組，有幾個繞組就放幾個電感模型，但對于一個耦合電感模型，繞組不能超過6個。
下面說說這幾個模型的設置。
左邊兩個理想化模型：
K1：耦合電感模型為K_Linear，繞組為L1和L2，必須雙擊K_Linear模型在其參數L1中輸入L1，在參數L2中輸入L2，才能實現兩個繞組的耦合。耦合系數設定為1，說明是完全耦合。電感L1和L2的電感量，就代表繞組的電感量。我們設定L1為250uH，L2為1000uH。這就意味這初級與次級的匝比為1：2。因為電感量之比是匝比的平方。
TX1：采用理想變壓器模型XFRM_LINEAR，這個模型只有兩個繞組，雙擊模型后設定耦合系數為1，兩個繞組的電感量也分別設定為250uH和1000uH。
右邊的非理想化模型：
K2：采用的耦合電感模型為KBreak，同樣還需要放置兩個電感，這里是L3和L4，雙擊KBreak的模型，設定耦合系數為1，參數L1為L3，參數L2為L4，把參數Implementation設置為ER28L_3C90。這里要注意了，電感L3和L4的參數分別為10和20。這個數字代表什么意思呢？是電感量嗎？不是，千萬注意，這里的意思是匝數！凡是采用了帶磁芯的模型，就不再用電感量來作為參數了，而是使用匝數。
TX2：采用的非理想變壓器模型XFRM_NONLINEAR，同樣這個模型只有兩個繞組。雙擊模型后，設定耦合系數為1，參數Implementation設置為ER28L_3C90，參數L1_TURNS和L2_TRUNS分別設置為10和20。很顯然，這里也是匝數。
K3：直接采用ER28L_3C90磁芯的耦合電感模型，繞組為L5和L6。雙擊耦合電感模型，設置耦合系數為1，參數L1為L5，參數L2為L6。把L5和L6的參數改成10和20。
為什么我這里要把采用ER28L_3C90磁芯的模型的匝比設定為10：20呢，因為這個磁芯的電感系數為250nH/N2，這樣剛好使初次級之間的電感量之比
為250uH:1000uH，和理想模型的參數一致，方便仿真后結果的比較。
現在我們在每個變壓器的初級串一個0.001歐的電阻，次級接上10歐的負載。并放置一個峰值1V，頻率10KHz的正弦波電壓源給變壓器初級提供輸入信號，并雙擊這個信號源，設置初始相位為90度，如圖連接好電路，放置0電位的地。然后點擊菜單pspice項，選擇new simulation profile建立一個新的仿真。然后選擇時域仿真，見下圖：
設定仿真時間從0秒開始到1ms，最大步長100ns，跳過初始化偏壓點計算。
然后點擊菜單pspice，選擇Run，仿真就可以開始了。
待仿真完成后，如最開始的圖放置電壓探頭。我們已經知道這些變壓器的變比是1：2，那么實際的電壓輸出是不是這樣呢？看看吧：
從圖中可以看到，輸入電壓峰值為1V的正弦波，輸出為峰值為2V的正弦波。
再如下圖放置電流探頭：
然后點擊仿真器的菜單plot，選擇Add plot to window，再放置一個如上圖中的看輸入電壓信號的電壓探頭，可以同時看到輸入電壓與輸出電流的波形：
從波形上可以看出，每個變壓器的輸出電流波形幾乎是完全一致的。
那么有朋友要說了，這么看來，理想變壓器和非理想變壓器模型的表現好像是一樣的，沒有什么區別呀？
下面我們來繼續探討。理想變壓器和非理想變壓器的一個重要的區別就是，理想變壓器不會飽和，而非理想變壓器會飽和。怎么樣才能讓變壓器飽和呢？假如給變壓器的初級施加一個直流電壓信號，時間長了，勵磁電流越來越大，變壓器就會飽和。我們來看看是不是這樣的。
把輸入的交流信號源換成一個0.5V的直流信號源:
然后點擊工具欄上的這個
，再次開始時域掃描（沒有改參數，和上次一樣）。然后在如圖中所示，R1、R5處放置電流探頭。在仿真器界面下選擇菜單的plot->Add plot to window，再如圖在R3、R7、R9處放置電流探頭，看看變壓器原邊電流在長時間施加直流電流會如何變化吧：
從圖中可以看到，理想變壓器的初級電流線性上升。而非理想變壓器的初級電流在大約0.76ms的地方開始急劇上升。是不是變壓器在這個地方飽和了呢？我們來計算一下。先看一下磁芯和材質的參數：
根據這些已知參數，按照電磁感應定律
說明從時間零點開始到0.76毫秒處的磁感應強度增量為467mT。而根據上表中，3C90材質的飽和點約為470mT，說明采用了ER28L_3C90磁芯的幾個非理想變壓器在這個地方的確開始進入飽和狀態了！而理想變壓器的初級電流只是線性上升，不會進入飽和！
了解了這些模型的特性，你就可以按照實際的需要選擇合適的模型進行仿真。不管是理想化的耦合電感模型，還是非理想的模型，K系列的模型可以支持有6個繞組的耦合電感或變壓器。通常足夠我們使用了。
我用的軟件環境是Windows XP +Cadence SPB 16.5。我會繼續給感興趣的朋友說說關于電源仿真的知識，也歡迎大家一起來討論、學習。有問題多上來交流！
Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。
Proteus是英國著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。
1．互動的電路仿真
用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
2．仿真處理器及其外圍電路
可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發環境。
OrCAD/PSpice
PSPICE是由SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）發展而來的用于微機系列的通用電路分析程序。于1972年由美國加州大學伯克利分校的計算機輔助設計小組利用FORTRAN語言開發而成，主要用于大規模集成電路的計算機輔助設計。
OrCAD/PSpice是一個通用電路仿真軟件，可對模擬電路、數字電 路及模擬/數字混合電路進行仿真，能夠顯示信號波形、并對波形進行 各種運算處理，可提取電路特性參數并分析與元器件參數的關系。
軟件的主要構成有：
1． 原理圖輸入程序Schematics：PSpice以OrCAD/Capture作為前端模塊。其利用Capture的電路圖輸入功能及設計項目統一管理功能。
2．激勵源編輯程序Stimulus Editor：PSpice中信號源的種類很 多，PSpice用激勵源編輯程序以交互方式生成電路模擬中需要的各激勵 信號波形。
3．電路仿真程序PSpice A/D：是PSpice的核心部分。最新版本的 仿真功能包括：基本直流工作點計算(Bias Point)、直流特性掃描(DC Sweep)、交流小信號特性分析(AC Sweep/Noise)和瞬態分析(Time Domain (Transient))四種基本的分析類型,每一種分析中均可同時包括靈 敏度分析、溫度特性、參數掃描、蒙特卡洛分析和直流工作點的存取 等。電路仿真程序接受電路原理圖輸入程序的電路拓撲和元器件參數信 息，經過元器件模型處理形成電路方程，求電路方程的數值解，最后給 出計算結果。仿真結果一般由圖形文件（*．DAT）和數據文件 （*．OUT）兩部分組成。
4．輸出結果分析、繪圖程序Probe：功能有仿真結束后顯示電路 中的節點電壓、支路電流波形、仿真結果的再分析處理、數字電路中邏 輯錯誤問題的檢測。
5．模型參數提取程序Model Editor：電路仿真的精度很大程度上取 決于電路中代表各種元器件特性的模型參數值是否精確。PSpice A/D提 供的模型參數庫中有超過11300種的半導體器件和模擬集成電路產品的 模型參數及超過1600種數字電路單元產品的參數。如果用戶采用的元 器件在模型參數庫中沒有，可調用該軟件，用戶給出元器件的特性參 數，即可生成仿真時需要的模型參數。Model Editor可以統一處理以文 本和修改規范兩種形式提取模型參數，且新增了達林頓器件的模型參數 提取。完成模型參數提取后，自動在圖形符號庫中增添該器件符號。
6．優化程序Optimizer：該程序可在電路模擬的基礎上，根據用戶規定的電路特性約束條件自動調整電路元器件參數，以滿足某一電路指 標要求。
PSIM
PSIM是趨向于電力電子領域以及電機控制領域的仿真應用包軟件。PSIM全稱Power Simulation。PSIM是由SIMCAD 和SIMVIEM兩個軟件來組成的。
PSIM具有仿真高速、用戶界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統設計、電機驅動研究等有效提供強有力的仿真環境。
本仿真解析系統，不只是回路仿真單體，還可以和其他公司的仿真器連接，為用戶提供高開發效率的仿真環境。例如，在電機驅動開發領域，控制部分用MATLAB/Simulink實現，主回路部分以及其周邊回路用PSIM實現，電機部分用電磁場分析軟件MagNet、JMAG實現，由此進行連成解析，實現更高精度的全面仿真系統。
它將半導體功率器件等效為理想開關，能夠進行快速的仿真，對于初學者來說更容易掌握。是專門針對電力電子及電機拖動開發的專用仿真軟件，在歐美和日本廣為使用。
Multisim
Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench）公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。為適應不同的應用場合，Multisim推出了許多版本，用戶可以根據自己的需要加以選擇。
后來，Multisim 被美國的NI公司收購以后，最大的改變就是：Multisim 9與LABⅥEW 8的結合
新特點
⑴可以根據自己的需求制造出真正屬于自己的儀器；
⑵所有的虛擬信號都可以通過計算機輸出到實際的硬件電路上；
⑶所有硬件電路產生的結果都可以輸回到計算機中進行處理和分析。
Multisim當前最新的版本是14.2，感覺已經多少年不更新了。。。
只有32位，最新發布時間是2019年。
Saber
saber仿真軟件是美國Synopsys公司的一款EDA軟件，多技術、多領域的系統仿真產品，現已成為混合信號、混合技術設計和驗證工具的業界標準，可用于電子、電力電子、機電一體化、機械、光電、光學、控制等不同類型系統構成的混合系統仿真，為復雜的混合信號設計與驗證提供了一個功能強大的混合信號仿真器，兼容模擬、數字、控制量的混合仿真，可以解決從系統開發到詳細設計驗證等一系列問題。
1986年Analogy公司開發并推出Saber仿真軟件
2000年2月Avanti！公司收購Analogy，Saber成為Avanti！公司產品。
2002年6月Avanti！公司被Synopsys并購，Saber軟件再次易主，成為Synopsys公司產品。
這款軟件，收斂速度比較快
SIMULINK
Simulink是美國Mathworks公司推出的MATLAB中的一種可視化仿真工具。Simulink是一個模塊圖環境，用于多域仿真以及基于模型的設計。它支持系統設計、仿真、自動代碼生成以及嵌入式系統的連續測試和驗證。 Simulink提供圖形編輯器、可自定義的模塊庫以及求解器，能夠進行動態系統建模和仿真。
Simulink與MATLAB相集成，能夠在Simulink 中將MATLAB算法融入模型，還能將仿真結果導出至 MATLAB 做進一步分析。Simulink應用領域包括汽車、航空、工業自動化、大型建模、復雜邏輯、物理邏輯，信號處理等方面。
想當年，我們剛工作的時候，就是直接用Protel99自帶的仿真功能進行仿真的，其實也還挺好用的。Protel99，YYDS。
本文主要想做一個簡單的調研，看大家平時都使用什么軟件做功能仿真。