基于PSpice软件的单相Boost变换器的仿真分析

摘要：随着计算机性能的提高，使用计算机仿真方法帮助掌握电气工程领域的基本知识并解决设计问题是通行的方法。PSpice是一款功能强大的专用于电力电子电路的仿真软件，可对各种模拟、数字电路进行仿真，它的仿真波形与试验电路的测试结果十分相近。本文应用PSpice对Boost变换器的全部工作过程进行了仿真与分析，并对电路中储能元件的各种工作状态进行了分析，给出了大量直观的仿真波形，从而可以帮助科研人员或学习者加深对Boost变换器的理解。 叙词：Boost变换器 PSpice 仿真 瞬态分析 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

《电力电子技术》是一门重要的专业基础课，在教学中通过分析电力电子器件的导通、关断情况来了解整流问题、斩波等电路的工作原理，是一门实践性很强的课程，该课程中有大量的波形分析内容，需要教师花费大量的时间画出变流过程的电压、电流波形图，而仅靠图形来说明问题又缺乏真实性，如果能结合实验演示，从示波器上观察各种变流电路的电压、电流波形，则对教学内容的深入理解非常又帮助。

使用电力电子电路仿真软件[1]~[3]，进行虚拟的电子电路实验就如同真实实验一样逼真、形象。例如在虚拟电路图上修改元件值并立即显示波形（或进行变参数仿真），就如同在实际的实验台上调整可变电阻（电位器），并用示波器显示调试后的波形一样，因此在教学过程中使用电力电子电路仿真软件，将使学生在学习过程中加深对理论知识的理解和加强对实际电路工作的感性认识。

Boost斩波电路是《电力电子技术》中的一个重要组成部分，Boost变换器又称为升压型电路，是一种DC－DC变换电路，Boost变换器在开关电源领域内占有非常重要的地位，长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。对Boost变换器的工作过程的理解、掌握关系到对整个开关电源领域各种电路工作过程的理解，然而现有的教材及其参考书上仅仅给出了变换器在理想情况下稳态工作过程的分析，却没有涉及电路从启动到稳态工作过程之间暂态过程，这非常不利于研究人员理解电路的整个工作过程和升压原理。本文采用PSpice仿真软件[4]，直观、详细的分析了Boost变换器由启动到达稳态的工作过程，并对其中各种现象进行了细致深入的分析，便于研究人员真正掌握Boost变换器的工作特性。

2 Boost变换器及其工作原理

工程中常用的升压（Boost）变换器的原理图如图1所示[5][6]，其中Vi为输入直流电源，Q为功率开关管，在外部脉冲信号的激励下工作于开关状态，Q导通，输入电流流经电感L和开关管Q，电感L储能；开关管Q截止时，二极管D导通，直流电源Vi和电感L同时向负载R供电，输入电流经电感L、二极管D流向负载R，同时给电容C充电，电感L释放能量，在理想情况下，该电路输出电压：