基于PSpice的升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計解析

20世紀50年代，美國宇航局以小型化、重量輕為目標，為搭載火箭開發(fā)了開關(guān)電源。在半個多世紀的發(fā)展過程中，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而逐漸取代由傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)計制造的連續(xù)工作的線性電源，并廣泛用于電子、電氣設(shè)備中。20世紀80年代，計算機全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成了計算機的電源換代。20世紀90年代，開關(guān)電源在電子、電氣設(shè)備以及家電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開關(guān)電源技術(shù)進入快速發(fā)展期。
　　Cadence旗下的PSpice是一款電路仿真軟件，能夠?qū)?fù)雜的模數(shù)混合電路進行仿真，而且開關(guān)電源也不例外。
　　升壓變換器拓撲結(jié)構(gòu)
　　升壓變換器屬于間接能量傳輸變換器。供電過程包含能量的存儲和釋放兩方面。如圖1所示，Vclock是脈沖信號源，提供PWM電壓，用以功率開關(guān)S1的導(dǎo)通與截止。Rsense為電流取樣電阻，Resr為電容的等效串聯(lián)電阻。在開關(guān)S1導(dǎo)通期間，二極管D1截止，電感儲存能量，輸出電容單獨為負載提供電能。在開關(guān)S1斷開期間，二極管D1導(dǎo)通，儲存了能量的電感與輸入電源串聯(lián)，為輸出提供電能，其中一部分轉(zhuǎn)移到電容C1里。
　　1、工作于CCM條件下的升壓變換器波形
　　對圖1所示電路，借助PSpice進行仿真，獲得如圖2所示的波形圖。這是典型的電感電流連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）。
　　
　　圖1基礎(chǔ)升壓變壓器結(jié)構(gòu)電路
　　
　　圖2工作于CCM條件下的Boost變換器波形
　　曲線①代表PWM波形，用于觸發(fā)功率開關(guān)導(dǎo)通或斷開。當開關(guān)S1導(dǎo)通時，公共點SW/D電壓幾乎降到0.相反，當開關(guān)S1斷開時，公共點SW/D電壓增加為輸出電壓和二極管的正向壓降之和，如曲線②所示。曲線③描述了電感兩端電壓的變化。高電平期間，電感左側(cè)電壓為Vin，右側(cè)幾乎為0，對應(yīng)功率開關(guān)導(dǎo)通；而低電平期間，電感左側(cè)電壓仍為Vin，而右側(cè)突變?yōu)閂out，因為功率開關(guān)截止，同時二極管導(dǎo)通，此時對應(yīng)電感電壓為負值，這就意味著輸出電壓大于輸入電壓。