基于PSpice軟件的單相Boost變換器的仿真分析

式中D為Boost變換器的占空比，因?yàn)檎伎毡菵1，所以V（out）>Vi，故稱升壓式變換器。Boost變換器的工作模式分為電感電流連續(xù)工作模式（CCM）和電感電流斷續(xù)工作模式（DCM），所不同的是電流斷續(xù)模式比電流連續(xù)模式多出一個(gè)電感電流為零的工作狀態(tài)。Boost變換器的工作狀態(tài)如圖2所示。

3 PSpice 仿真軟件簡(jiǎn)介及其建模

PSpice是由美國(guó)Microsim公司在SPICE 2G版本的基礎(chǔ)上升級(jí)并用于PC機(jī)上的SPICE版本，其中采用自由格式語言的5.0版本自80年代以來在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，并且從6.0版本開始引入圖形界面。1998年著名的EDA商業(yè)軟件開發(fā)商ORCAD公司與Microsim公司正式合并，自此Microsim公司的PSpice產(chǎn)品正式并入ORCAD公司的商業(yè)EDA系統(tǒng)中。

PSpice的應(yīng)用范圍很廣，電力電子電路的動(dòng)態(tài)仿真僅僅是其應(yīng)用之一。PSpice的電路元件模型反映實(shí)際型號(hào)元件的特性，通過對(duì)電路方程運(yùn)算求解，能夠仿真電路的細(xì)節(jié)，特別適合于對(duì)電力電子電路中開關(guān)暫態(tài)過程的描述。它的仿真波形與試驗(yàn)電路的測(cè)試結(jié)果相近，在模擬實(shí)際電路的波形方面比較準(zhǔn)確，對(duì)電路設(shè)計(jì)有著重要指導(dǎo)意義[1]~[4]。

本文基于PSpice軟件對(duì)Boost變換器進(jìn)行了建模，模型圖如圖3（a）所示，其中Vi為輸入直流電源，Rs設(shè)為電源內(nèi)阻，R1為驅(qū)動(dòng)電阻，RL為負(fù)載電阻，為保證Boost變換器工作于電流連續(xù)模式，濾波電感L1暫取為100uH。功率開關(guān)管M1采用MOS管IRF640，其驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用脈沖信號(hào)源vs，其主要參數(shù)為：低電平V1＝0V，高電平V2=5V，延遲時(shí)間TD=5us，上升時(shí)間TR=1us，下降時(shí)間TF=1us，脈沖寬度PW=10us，開關(guān)周期PER=25us，其波形示意圖如圖3（b）所示。

4 電流連續(xù)模式下的仿真研究

4.1 Boost變換器的瞬態(tài)過程分析

用PSpice仿真軟件對(duì)圖3所示的Boost變換器進(jìn)行瞬態(tài)分析，各元器件的電氣參數(shù)如圖中所示，瞬態(tài)分析參數(shù)設(shè)為 Print step=100ns，F(xiàn)inal time=2.5ms，電感電流的仿真結(jié)果用圖形輸出如圖4所示，從圖中可知電感電流IL1為鋸齒波，而且始終為正值，說明該電路工作于連續(xù)狀態(tài)。

為了對(duì)電路的啟動(dòng)過程進(jìn)行分析，我們對(duì)0~60us的時(shí)間段進(jìn)行瞬態(tài)分析[7]，為了便于分析，我們將開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖延時(shí)了5us，分別對(duì)功率開關(guān)管M1的電壓VM1、輸出電壓Vo、電感上的功率PL1、電感電壓VL1進(jìn)行測(cè)量，可得如圖5所示的波形。下面對(duì)Boost變換器剛開始工作的第一個(gè)周期的工作狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的分析。