基于PSpice软件的单相Boost变换器的仿真分析

图5 瞬态分析的各测量点波形图

（1）工作状态1：0~5us

此时间段中，开关管M1处于关断状态，直流电源通过电感L、二极管D1向负载供电，电路处于稳态。此时电感可以视为处于直流短路状态，直流电源直接通过二极管D1对负载供电。

（2）工作状态2：5us~16us

开关管M1在5us~6us之间开通，并一直保持开通状态到16us，此时电路开关状态如图2（a）所示。由于电路开关状态发生突变，电路进入暂态。由于开关管的闭合，开关管两端的电压降为零，电感两端产生电压降，电感电流开始线性增长，电感开始储存能量；此时二级管D1处于关断状态，输出端由电容Co向负载RL提供能量，电容上的输出电压Vout在下降，为了能更明显的看清波形，我们将其电压波形放大后如图6所示，这就意味着电容在释放刚刚静态时储存的能量。

（3）工作状态3：16us~30us

开关管M1在16us~17us之间关断，并保持关断状态直到30us，电路处于如图2（b）所示的工作状态。在此阶段，电路开关状态再次发生突变，电路仍然处于暂态过程中。由于电感电流的连续性，电感L1的线

圈产生的磁场将改变线圈两端的极性，以保持电感电流IL不变，因此电感电压在这一时段出现负电压，放大后的电感电压波形如图7所示，此电压是由线圈的磁能转化而成的，它与电源Vi串联，以高于Vi的电压向电路的后级供电，使电路产生了升压作用。此时，电感向后级释放能量，电感电流不断减小，电感电流通过二极管D1到达输出端后，一部分给输出提供能量，一部分给电容充电，可以看到，电容上的电压在上升，电容开始储存能量。

电路在5us~30us时间段之间的工作过程是Boost变换器的第一个工作周期，此后变换器重复上述过程工作至稳态过程。

4.2 稳定（态）过程分析

观察图5中电感上的功率WL1的波形，因为WL1为正表示电感吸收能量，WL1为负表示电感释放能量，WL1波形曲线与时间轴所围面积即为相应时间内电感传递能量的大小。不难看出Boost变换器在工作的前两个开关周期中，电感储存的能量大于释放的能量。第二个周期开始时，电感电流在第一个开关周期的基础上增长，并进一步储存能量，在开关断开时，电感释放出更大能量，以更高的VM1向负载提供更高的输出电压，图5中第二周期电感电压的负电压幅值大于第一周期也恰恰说明了这一点。但是应该注意到，电感上负电压的幅值又与电感电流下降的斜率成正比，随着电路的工作，每个周期电感提供的负电压越来越大，电感电流下降斜率也随之增加，直到在每个开关周期末，电感电流值下降到此工作周期开始时的电感电流值，此时电感吸收的能量等于其释放的能量，电感不再进一步储能。开关关断时电感提供的负电压不会再增加，电感电流下降的斜率也不会再增加，电感进入稳定工作状态。

与电感类似，输出电容也存在着由暂态到稳态的过渡过程，可以采用对电感分析时所采取的能量方法进行分析，在此不再赘述。

用PSpice对Boost变换器的模型进行瞬态分析，输出电压Vout的波形、电感上功率的波形和电感电流IL1的波形如图8所示，由此可见，电路输出电压、电感电流在1. 4ms左右趋于稳定，变换器进入稳定工作状态。值得注意的是，电感电流在前lms内形成了一个峰值，这是由于前lms内，电感和输出电容上的能量不断增加导致的，它反映了电感和电容由暂态到稳态的过渡工作过程中，器件自身的能量存储的过程。