基于PSpice的升壓型開關穩(wěn)壓電源設計與仿真

摘要 介紹并分析了升壓型開關變換器的拓撲結構及其仿真波形，以及PWM電流模式的不穩(wěn)定性及其解決辦法。借助仿真軟件PSpice設計了一款以UC2843為核心的升壓開關穩(wěn)壓電源。整個電路易調(diào)試、工作穩(wěn)定、高可靠性、成本低。
關鍵詞 PSpice軟件；升壓變換器；開關電源；UC2843

20世紀50年代，美國宇航局以小型化、重量輕為目標，為搭載火箭開發(fā)了開關電源。在半個多世紀的發(fā)展過程中，開關電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而逐漸取代由傳統(tǒng)技術設計制造的連續(xù)工作的線性電源，并廣泛用于電子、電氣設備中。20世紀80年代，計算機全面實現(xiàn)了開關電源化，率先完成了計算機的電源換代。20世紀90年代，開關電源在電子、電氣設備以及家電領域得到了廣泛的應用，開關電源技術進入快速發(fā)展期。
Cadence旗下的PSpice是一款電路仿真軟件，能夠對復雜的模數(shù)混合電路進行仿真，而且開關電源也不例外。

1 升壓變換器拓撲結構
升壓變換器屬于間接能量傳輸變換器。供電過程包含能量的存儲和釋放兩方面。如圖1所示，Vclock是脈沖信號源，提供PWM電壓，用以功率開關S1的導通與截止。Rsense為電流取樣電阻，Resr為電容的等效串聯(lián)電阻。在開關S1導通期間，二極管D1截止，電感儲存能量，輸出電容單獨為負載提供電能。在開關S1斷開期間，二極管D1導通，儲存了能量的電感與輸入電源串聯(lián)，為輸出提供電能，其中一部分轉移到電容C1里。

1．1 工作于CCM條件下的升壓變換器波形
對圖1所示電路，借助PSpice進行仿真，獲得如圖2所示的波形圖。這是典型的電感電流連續(xù)導通模式(CCM)。

曲線①代表PWM波形，用于觸發(fā)功率開關導通或斷開。當開關S1導通時，公共點SW／D電壓幾乎降到0。相反，當開關S1斷開時，公共點SW／D電壓增加為輸出電壓和二極管的正向壓降之和，如曲線②所示。曲線③描述了電感兩端電壓的變化。高電平期間，電感左側電壓為Vin，右側幾乎為0，對應功率開關導通；而低電平期間，電感左側電壓仍為Vin，而右側突變?yōu)閂out，因為功率開關截止，同時二極管導通，此時對應電感電壓為負值，這就意味著輸出電壓大于輸入電壓。
電感電路在平衡時，電感兩端電壓平均值為0，即電感的電壓時間平衡。也就是圖中陰影部分面積S1=S2。假設D為PWM的占空比，TSW為開關周期。則

可見，在理想情況下，D越接近1，輸出電壓將趨于無窮大。實際上，只要輸出一定的電流，就難以得到傳輸系數(shù)超過4～5的升壓變換器。