開(kāi)關(guān)電源Boost變換器與Pspice仿真軟件的結(jié)合應(yīng)用

韓春娟，李鳳麗

(東北石油大學(xué)秦皇島分院電氣信息工程系，河北 秦皇島 066004)

1 引言

Boost變換器是直流—直流變換器。它可以將輸入低電壓轉(zhuǎn)換成所要求的高電壓，因此又稱為升壓變換器。

Pspice是一款功能強(qiáng)大的電路仿真軟件，可對(duì)各種模擬和數(shù)字電路進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果十分接近電路的真實(shí)狀態(tài)。所以應(yīng)用Pspice對(duì)Boost電路的全部工作進(jìn)行仿真，對(duì)電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和穩(wěn)定性進(jìn)行分析。加深了對(duì)Boost的工作狀態(tài)的理解，也是Boost變換器與Pspice電路仿真軟件的完美結(jié)合。

2 Pspice仿真軟件的特點(diǎn)

Pspice是當(dāng)今世界流行的電路分析軟件之一，是一種功能強(qiáng)大的模擬電路和數(shù)字電路混合仿真軟件，它可以進(jìn)行各種各樣的電路仿真并給出波形輸出和數(shù)據(jù)輸出，無(wú)論對(duì)哪種器件和哪種電路進(jìn)行仿真，均可以得到精確的仿真結(jié)果。其仿真結(jié)果非常接近實(shí)際電路分析和設(shè)計(jì)環(huán)境。

2.1 主要分析功能

(1)直流分析，包括電路的靜態(tài)工作點(diǎn)分析，直流小信號(hào)傳遞函數(shù)分析，直流掃描分析，直流小信號(hào)分析。

(2)交流小信號(hào)分析。包括頻率響應(yīng)分析和噪聲分析。

(3)瞬態(tài)分析。包括電路對(duì)不同信號(hào)的瞬態(tài)響應(yīng)，時(shí)域波形經(jīng)過(guò)快速傅立葉變換后，得到頻譜圖。

(4)蒙特卡羅分析和最壞情況分析。

2.2 優(yōu)點(diǎn)

(1)圖形界面友好，易學(xué)易用，操作簡(jiǎn)單。

(2)實(shí)用性強(qiáng)，仿真效果好。

(3)功能強(qiáng)大，集成度高。另外用戶還可以對(duì)仿真結(jié)果窗口進(jìn)行編輯，如添加窗口、修改坐標(biāo)、疊加圖形等，還具有保存和打印圖形的功能。

這些功能都給用戶提供了制作所需圖形的一種快捷、簡(jiǎn)便的方法。

3 應(yīng)用Pspice對(duì)Boost變換器進(jìn)行仿真

(1)建立仿真框圖

為了驗(yàn)證上述理論的正確性和有效性，通過(guò)Or-CAD軟件進(jìn)行仿真，建立了其仿真電路模型。仿真模型主要有以下兩部分組成:主電路和控制電路。主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為Boost升壓變換器。控制電路是由采樣網(wǎng)絡(luò)、電壓誤差放大器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、比較器、驅(qū)動(dòng)隔離電路組成。其仿真框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)仿真框圖

(2)電力電子仿真

為驗(yàn)證上述結(jié)論的正確性，采用仿真軟件Pspice進(jìn)行了系統(tǒng)仿真。仿真參數(shù)如下:輸入電壓10V，輸出電壓18V。濾波電感4×10－4mH，濾波電容2×10－4F，負(fù)載電阻為5Ω，d=0.5。其系統(tǒng)仿真框圖如圖1所示。

輸入電壓和輸出電壓的仿真波形如圖2所示，從仿真結(jié)果可以看出，輸入電壓10V，經(jīng)過(guò)Boost變換器后實(shí)現(xiàn)了升壓，輸出電壓為18V。

圖2 輸入電壓和輸出電壓波形

圖3為驅(qū)動(dòng)脈沖脈沖波形。輸出電壓經(jīng)過(guò)采樣網(wǎng)絡(luò)采樣后，經(jīng)過(guò)電壓誤差放大器與基準(zhǔn)比較后，輸出電壓誤差信號(hào)，該電壓誤差信號(hào)與鋸齒波比較后，輸出高低電平的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電力電子器件的分合，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。

圖4為電感電流的波形仿真波形圖。從仿真結(jié)果可知，Boost升壓變換器工作在電流連續(xù)模式下即CCM模型下。變換器工作在連續(xù)導(dǎo)電模式下，可以實(shí)現(xiàn)變換器的許多優(yōu)點(diǎn)，例如穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)需求。

圖3 驅(qū)動(dòng)脈沖波形

圖4 電感電流波形

本文給出了所設(shè)計(jì)的Boost變換器的仿真圖，給出了系統(tǒng)模擬結(jié)果。將開(kāi)關(guān)電源主電路和控制電路的主要子電路構(gòu)成系統(tǒng)，應(yīng)用Pspice作了電路仿真。模擬結(jié)果表明:系統(tǒng)能穩(wěn)定工作，且紋波電壓、響應(yīng)時(shí)間等指標(biāo)都滿足設(shè)計(jì)要求。

［1］ 韓彬，景占榮，高田.Boost電路的 Pspice仿真分析［C］.2006，22(1.2).UNESCO:《國(guó)際教育標(biāo)準(zhǔn)分類》，1974、1997.

［2］ 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.3版.北京:高等教育出版社，2003.