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，因為占空比D1，所以V（out）>Vi，故稱(chēng)升壓式變換器。Boost變換器的工作模式分為電感電流連續工作模式（CCM）和電感電流斷續工作模式（DCM），所不同的是電流斷續模式比電流連續模式多出一個(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Microsim公司在SPICE 2G版本的基礎上升級并用于PC機上的SPICE版本，其中采用自由格式語(yǔ)言的5.0版本自80年代以來(lái)在我國得到廣泛應用，并且從6.0版本開(kāi)始引入圖形界面。1998年著(zhù)名的EDA商業(yè)軟件開(kāi)發(fā)商O(píng)RCAD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系統中。

PSpice的應用范圍很廣，電力電子電路的動(dòng)態(tài)仿真僅僅是其應用之一。PSpice的電路元件模型反映實(shí)際型號元件的特性，通過(guò)對電路方程運算求解，能夠仿真電路的細節，特別適合于對電力電子電路中開(kāi)關(guān)暫態(tài)過(guò)程的描述。它的仿真波形與試驗電路的測試結果相近，在模擬實(shí)際電路的波形方面比較準確，對電路設計有著(zhù)重要指導意義[1]~[4]。

本文基于PSpice軟件對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設為電源內阻，R1為驅動(dòng)電阻，RL為負載電阻，為保證Boost變換器工作于電流連續模式，濾波電感L1暫取為100uH。功率開(kāi)關(guān)管M1采用MOS管IRF640，其驅動(dòng)信號采用脈沖信號源vs，其主要參數為：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(kāi)關(guān)周期PER=25us，其波形示意圖如圖3（b）所示。

4 電流連續模式下的仿真研究

4.1 Boost變換器的瞬態(tài)過(guò)程分析

用PSpice仿真軟件對圖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如圖中所示，瞬態(tài)分析參數設為 Print step=100ns，Final time=2.5ms，電感電流的仿真結果用圖形輸出如圖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(shuō)明該電路工作于連續狀態(tài)。

為了對電路的啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析，我們對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(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)脈沖延時(shí)了5us，分別對功率開(kāi)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)行測量，可得如圖5所示的波形。下面對Boost變換器剛開(kāi)始工作的第一個(gè)周期的工作狀態(tài)進(jìn)行詳細的分析。