基于PSpice軟件的單相Boost變換器的仿真分析

摘要：隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，使用計(jì)算機(jī)仿真方法幫助掌握電氣工程領(lǐng)域的基本知識(shí)并解決設(shè)計(jì)問(wèn)題是通行的方法。PSpice是一款功能強(qiáng)大的專(zhuān)用于電力電子電路的仿真軟件，可對(duì)各種模擬、數(shù)字電路進(jìn)行仿真，它的仿真波形與試驗(yàn)電路的測(cè)試結(jié)果十分相近。本文應(yīng)用PSpice對(duì)Boost變換器的全部工作過(guò)程進(jìn)行了仿真與分析，并對(duì)電路中儲(chǔ)能元件的各種工作狀態(tài)進(jìn)行了分析，給出了大量直觀的仿真波形，從而可以幫助科研人員或?qū)W習(xí)者加深對(duì)Boost變換器的理解。 敘詞：Boost變換器 PSpice 仿真 瞬態(tài)分析 Abstract：With the improvement of computer performance, Computer simulation technology becomes a usual method to help master the basic knowledge of power electronic system and to analyze and resolve the design or research problem. PSpice is a powerful general purpose analog circuit simulator that is used to verify analog or mixed digital circuit designs and to predict the circuit behavior. Its simulation waveforms is nearly as same as the experimental waveforms. The overall working stages of Boost converter is simulated and analyzed by PSpice. All the stages of stored energy elements of boost converter are also introduced. Some simulation waveforms are given to verify the analysis. Thus the understanding of boost converter is deepened. Keyword：Boost converter PSpice simulation transient analysis
1 引言

《電力電子技術(shù)》是一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)中通過(guò)分析電力電子器件的導(dǎo)通、關(guān)斷情況來(lái)了解整流問(wèn)題、斬波等電路的工作原理，是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，該課程中有大量的波形分析內(nèi)容，需要教師花費(fèi)大量的時(shí)間畫(huà)出變流過(guò)程的電壓、電流波形圖，而僅靠圖形來(lái)說(shuō)明問(wèn)題又缺乏真實(shí)性，如果能結(jié)合實(shí)驗(yàn)演示，從示波器上觀察各種變流電路的電壓、電流波形，則對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深入理解非常又幫助。

使用電力電子電路仿真軟件[1]~[3]，進(jìn)行虛擬的電子電路實(shí)驗(yàn)就如同真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣逼真、形象。例如在虛擬電路圖上修改元件值并立即顯示波形（或進(jìn)行變參數(shù)仿真），就如同在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上調(diào)整可變電阻（電位器），并用示波器顯示調(diào)試后的波形一樣，因此在教學(xué)過(guò)程中使用電力電子電路仿真軟件，將使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中加深對(duì)理論知識(shí)的理解和加強(qiáng)對(duì)實(shí)際電路工作的感性認(rèn)識(shí)。

Boost斬波電路是《電力電子技術(shù)》中的一個(gè)重要組成部分，Boost變換器又稱(chēng)為升壓型電路，是一種DC－DC變換電路，Boost變換器在開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域內(nèi)占有非常重要的地位，長(zhǎng)期以來(lái)廣泛的應(yīng)用于各種電源設(shè)備的設(shè)計(jì)中。對(duì)Boost變換器的工作過(guò)程的理解、掌握關(guān)系到對(duì)整個(gè)開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域各種電路工作過(guò)程的理解，然而現(xiàn)有的教材及其參考書(shū)上僅僅給出了變換器在理想情況下穩(wěn)態(tài)工作過(guò)程的分析，卻沒(méi)有涉及電路從啟動(dòng)到穩(wěn)態(tài)工作過(guò)程之間暫態(tài)過(guò)程，這非常不利于研究人員理解電路的整個(gè)工作過(guò)程和升壓原理。本文采用PSpice仿真軟件[4]，直觀、詳細(xì)的分析了Boost變換器由啟動(dòng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的工作過(guò)程，并對(duì)其中各種現(xiàn)象進(jìn)行了細(xì)致深入的分析，便于研究人員真正掌握Boost變換器的工作特性。

2 Boost變換器及其工作原理

工程中常用的升壓（Boost）變換器的原理圖如圖1所示[5][6]，其中Vi為輸入直流電源，Q為功率開(kāi)關(guān)管，在外部脈沖信號(hào)的激勵(lì)下工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，Q導(dǎo)通，輸入電流流經(jīng)電感L和開(kāi)關(guān)管Q，電感L儲(chǔ)能；開(kāi)關(guān)管Q截止時(shí)，二極管D導(dǎo)通，直流電源Vi和電感L同時(shí)向負(fù)載R供電，輸入電流經(jīng)電感L、二極管D流向負(fù)載R，同時(shí)給電容C充電，電感L釋放能量，在理想情況下，該電路輸出電壓：