QSPICE 有许多 FET、MOSFET 和晶体管，但有时需要模拟在特定时间或特定条件下打开和关闭的简单开关。如图 1 所示，压控开关是一种普通开关，由两个引脚组成，另外还有两个电源引脚决定其激活的“逻辑”状态。它在电气图中的位置遵循标准规则。它的强大之处在于它的一些配置参数使其更加高效和方便。其实施的 SPICE 指令如下：
例如：
.model MySwitch SW(Ron=1 Roff=1Meg Vt=4 Vh=1)
其主要参数如下：
MySwitch 是型号的名称
ROFF：是开关的OFF电阻，以欧姆表示
RON：是开关的导通电阻，以欧姆表示
VT：是阈值电压，即开关切换时的电压
VH：是迟滞电压
接下来的段落将通过一些示例清楚地说明其工作原理，并与晶体管和 MOSFET 进行一些比较。
图 1：压控开关也有两个电源端子
开关在 (VT-VH) 和 (VT+VH) 处跳闸。该开关具有三种不同的电压控制模式，具体取决于迟滞电压 (VH) 的值：
如果VH为0，则开关根据输入电压是否高于阈值（VT）而导通或关断
如果 VH 为正，则开关具有迟滞，类似于施密特触发器，跳变点位于 (VT-VH) 和 (VT+VH)
如果 VH 为负，开关将在导通和关断阻抗之间平滑过渡
低电量指示灯
一个简单的例子是低电量指示器，即当电池电量几乎耗尽时能够点亮 LED 的系统。图 2 中的电路图包含以下两个逻辑块：
左侧的逻辑块由逐渐放电的电压发生器形成。正如您所看到的，它由一个电解电容器表示，初充电至 12V，该电容器向由电阻器 R1 进行电流保护的 LED D1 提供电压。在这种情况下，电容器用作小型电池
相反，右侧的逻辑块由固定电压发生器构成，该发生器为受电阻器 R2 保护的 LED D2 供电。该 LED 的照明由压控开关控制
图2：低电量指示器电路图
该电路的工作原理如下：C1电压发生器点亮二极管D1，但其电压不可避免地下降直至为零。 S1 开关（初打开）控制 C1 的电压量，如果电压降至 5V 以下，则会关闭第二个电路，从而使 LED D2 点亮。在这个例子中，使用了一个小技巧：通常，压控开关在ON状态下具有低欧姆电阻，在OFF状态下具有高欧姆电阻，对于以下标准和正常指令：
.model MySwitch SW(Ron=1 Roff=1Meg Vt=5 Vh=0)
通过反转电阻值，可以得到相反的操作，即在 ON 状态下具有高欧姆电阻，在 OFF 状态下具有低欧姆电阻，根据示例接线图中使用的以下指令：
.model MySwitch SW(Ron=1Meg Roff=1 Vt=5 Vh=0)
换句话说，如果 C1 电压发生器上的电压高于 5V，则 S1 开关打开，但一旦该电压降至 5V 以下，它就会关闭，从而使 LED D2 点亮。图 3 中的波形图清楚地说明了电气图的运行情况。上图显示了 C1 电压发生器逐渐且不可避免的下降。或者，下图显示流经 R1 和 R2 的电流。个跟踪发电机在放电阶段的趋势，而第二个则更加“数字化”，一旦 C1 电压降至 5V 以下，就会增加。以这种方式使用压控开关，可以实现可靠且简单的仿真系统获得。
图3：低电量指示电路中的电压和电流信号
压控开关与MOSFET的动态比较
压控开关和 MOSFET 的动态比较可以揭示开关行为的显着差异，尤其是在高速情况下。虽然开关根据阈值和磁滞设置在完全导通和完全非导通状态之间瞬时切换，但由于寄生栅极电容和沟道电阻，MOSFET（或晶体管）的上升和下降时间大于零。
此外，MOSFET 可能存在理想开关中未考虑的传导和开关损耗。详细的仿真可以评估这些效应对电路整体性能的影响，对于某些电源应用，压控开关通常比 MOSFET 更好。图 4 中的图表显示了两个等效 PWM 负载电源电路。左边个使用压控开关，因此信号非常干净可靠，右边第二个使用 Qorvo 的 MOSFET UJ3C065080T3S。首先要解决的任务是将开关的ON和OFF电阻参数设置为与MOSFET相同的特性。从元件的数据表中可以清楚地看出，Rds(ON)约为0.080欧姆（仿真中为0.081295欧姆），而仿真测得的Rds(OFF)约为473兆欧，如下表所示：
电阻类型开关电阻
罗恩0.08129598欧姆
罗夫472906289欧姆
该解决方案使用 PWM 发生器通过开关驱动由脉动电压 (V2) 供电的负载。负载由 22 欧姆电阻表示，在有源供电期间，该电阻消耗 416 瓦。
图 4：两个等效电路的动态比较，个使用开关，第二个使用 MOSFET
关于两种类型交换机的比较，现在检查三种不同的场景。三个仿真在以下 PWM 频率下进行，占空比为 50%：
1kHz
1兆赫
10兆赫
图 5 中所示的三张图清楚地显示了频率对用作开关的 MOSFET 性能的影响（与近乎理想的无杂散电容的压控开关相比）。尤其：
在 1 kHz 信号的个波形图中，两个电流几乎相同。这表明，在低频下，MOSFET 的行为类似于理想开关，具有清晰的开关特性并且没有明显的失真。电流的上升沿和下降沿几乎是垂直的，表明开关时间非常快并且没有明显的延迟。两个信号叠加，很难区分
在 1 MHz 信号的第二个波形图中，MOSFET 电流波形开始出现一些失真，上升沿和下降沿略呈圆形。与理想开关电流相比，MOSFET 电流的上升沿之间存在轻微的延迟。这种延迟是由于 MOSFET 内部的寄生电容造成的，需要有限的时间来充电和放电
在 10 MHz 信号的第三个波形图中，MOSFET 中的波形失真变得明显，上升沿和下降沿比理想开关的上升沿和下降沿平滑得多。除了延迟之外，还观察到信号“拖尾”，即开关后 MOSFET 中的电流不会立即降至零，而是呈指数衰减。这是由于 MOSFET 的寄生电容和内阻造成的。在这种情况下，信号失真相当高，导致 MOSFET 本身明显发热
图 5：不同开关频率下的电流图
结论
事实证明，压控开关对于电子设计人员来说是一种高度通用且功能强大的仿真工具。由于可以定义开和关电阻、阈值电压和迟滞，其灵活性使其成为对各种开关行为进行建模的理想选择。与 MOSFET 的比较凸显了理想开关在仿真中的优势：无延迟、干净的开关以及无寄生电容效应。然而，需要强调的是，MOSFET 仍然是实际电路中的基本组件，而压控开关是一种有用的仿真工具，可以更好地理解其行为并优化电路性能。
