基于PSpice軟件的單相Boost變換器的仿真分析

摘要：隨著計算機性能的提高，使用計算機仿真方法幫助掌握電氣工程領域的基本知識并解決設計問題是通行的方法。PSpice是一款功能強大的專用于電力電子電路的仿真軟件，可對各種模擬、數字電路進行仿真，它的仿真波形與試驗電路的測試結果十分相近。本文應用PSpice對Boost變換器的全部工作過程進行了仿真與分析，并對電路中儲能元件的各種工作狀態(tài)進行了分析，給出了大量直觀的仿真波形，從而可以幫助科研人員或學習者加深對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》是一門重要的專業(yè)基礎課，在教學中通過分析電力電子器件的導通、關斷情況來了解整流問題、斬波等電路的工作原理，是一門實踐性很強的課程，該課程中有大量的波形分析內容，需要教師花費大量的時間畫出變流過程的電壓、電流波形圖，而僅靠圖形來說明問題又缺乏真實性，如果能結合實驗演示，從示波器上觀察各種變流電路的電壓、電流波形，則對教學內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]，進行虛擬的電子電路實驗就如同真實實驗一樣逼真、形象。例如在虛擬電路圖上修改元件值并立即顯示波形（或進行變參數仿真），就如同在實際的實驗臺上調整可變電阻（電位器），并用示波器顯示調試后的波形一樣，因此在教學過程中使用電力電子電路仿真軟件，將使學生在學習過程中加深對理論知識的理解和加強對實際電路工作的感性認識。

Boost斬波電路是《電力電子技術》中的一個重要組成部分，Boost變換器又稱為升壓型電路，是一種DC－DC變換電路，Boost變換器在開關電源領域內占有非常重要的地位，長期以來廣泛的應用于各種電源設備的設計中。對Boost變換器的工作過程的理解、掌握關系到對整個開關電源領域各種電路工作過程的理解，然而現有的教材及其參考書上僅僅給出了變換器在理想情況下穩(wěn)態(tài)工作過程的分析，卻沒有涉及電路從啟動到穩(wěn)態(tài)工作過程之間暫態(tài)過程，這非常不利于研究人員理解電路的整個工作過程和升壓原理。本文采用PSpice仿真軟件[4]，直觀、詳細的分析了Boost變換器由啟動到達穩(wěn)態(tài)的工作過程，并對其中各種現象進行了細致深入的分析，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為功率開關管，在外部脈沖信號的激勵下工作于開關狀態(tài)，Q導通，輸入電流流經電感L和開關管Q，電感L儲能；開關管Q截止時，二極管D導通，直流電源Vi和電感L同時向負載R供電，輸入電流經電感L、二極管D流向負載R，同時給電容C充電，電感L釋放能量，在理想情況下，該電路輸出電壓：