斩波电路(五) —— 升压斩波电路仿真

我们接下来进行升压斩波电路的仿真

我们将从负载轻重，电感大小，开关频率的几个方面

来进行瞬时现象仿真

那么呢我们注意仿真的时间段

要选在稳定以后的波形

我们先看大电感轻负载

一个毫亨，1000欧，VF 为方波

所以电感电流连续

由于电感量很大

所以它的即使在轻负载情况下

它也是连续的

我们来看输出电压的计算

那么根据公式，占空比60%

我们可以算出，输出电压是12.5伏

那么考虑到呢，二极管有0.6伏的管压降

所以呢我们这时候仿真的结果，11.95伏

基本上和仿真的结果是接近的

我们再看，大电感重负载

刚刚轻负载的时候，纹波电压很小

而重负载的时候

1欧姆负载12.33减10.82大概有1.5伏的纹波电压

这个很容易解释，因为它的输出部分没有电容

当二极管不导通的时候，负载上所有需要的电

都要靠电容来提供

所以当重负载的时候电流大电容的压降就快

形成了大的纹波电压，这个时候

如果我们增大输出滤波电容，

也就说，我把电容改到1000微法，之前是100微法

那么这个时候显然电压下降的就会慢，

我们可以看到，现在相减大概是减小了十倍

电容增大十倍，纹波电压也减少了十倍

我们看一下，电感大小不影响纹波，

我们刚刚仿真了两张图

一毫亨电感时候1.5伏的纹波

这是十微亨电感的时候，纹波值也差不多是1.5伏

为什么电感大小不影响纹波？

因为这个电感它没有接在负载端而接在前端

我们可以这样分析，当开关闭合以后

后级电路

完全是 RC 进行放电

跟它没关系

那么 RC 放电的时间常数就是一定的

也就是说，电压的衰减曲线是一样的

那么，稳态时候

这是电容，放掉多少电就要被充上多少电

所以只要放电曲线是，几乎是确定了

充电的样子，其实也就确定了

如果这个时候断开,电感往电容充电

它也一样要充回，增高

降这么多，就要充回这么多

而这个降呢，只跟 RC 时间常数有关

也就是说我们想要减小输出纹波

这个电感必须和负载串联，而不是前级

我们看电感电流不连续情况

前面我们仿真图发现不管是大电感

或者是重负载

这个电压小，但负载重

都可以保证电感电流是连续的，电感电流连续

那么轻负载为什么可能会导致电感电流不连续呢

我们看的电路举一个极端情况

假如我是空载，也就是说我没有这个电阻

电容是根本不耗电，那么你每一次电感对电容进行充电

只会越充越高，电容上根本就不放电

那么总会有电感充不进去的时候

电感电流，于是发生了断续

我们看小电感，轻负载的时候

也就是说电感电路发生断续了

这段时间是整个开关断开的时间

但电感，只有这么一小段，有电流

这一段呢，是开关闭合的时间

当电感上没有电流时候，VF 电压就发生震荡了

我们看电感不连续时的输出电压

类似于降压斩波电路

这个时候我们也需要把分为Toff1和Toff2

其中公式里面，Toff替换成了Toff1

变成这个样子

这是修正的输出电压公式

我们大体量一下，Ton比上Toff

在图中，这是Ton

大概是Toff时间的七倍

那么计算一下呢，就是大概5乘以8，40伏

这跟仿真结果，仿真结果是48伏

在趋势上，是大体是吻合的

也就是说电感电流不连续的时候输出电压会很高

特别指出呢，当负载为空载的时候

这段时间会更短，Toff2时间更长

那么按照我们的计算公式，Uon会产生更高的电压

这时候会击穿电路中的滤波电容这些低耐压的元件

所以 Boost 电路呢是不能为空载使用的

你无论如何要给它一个假负载

好，我们提高开关频率

我们现在是采用小电感轻负载

但我的开关频率呢，达到了两兆

这个时候，电感电流连续

并且呢我们看纹波，也非常小

这是因为，真正在电路上起作用的是容抗和感抗

我们提高开关频率后

感抗等于ωL，容抗等于1/ωc

频率的提高都会增强电容或者电感在电路中的实际作用

所以高频化是斩波电路开关电路的一个发展方向

这节课就到这里

我们接下来进行升压斩波电路的仿真

我们将从负载轻重，电感大小，开关频率的几个方面

来进行瞬时现象仿真

那么呢我们注意仿真的时间段

要选在稳定以后的波形

我们先看大电感轻负载

一个毫亨，1000欧，VF 为方波

所以电感电流连续

由于电感量很大

所以它的即使在轻负载情况下

它也是连续的

我们来看输出电压的计算

那么根据公式，占空比60%

我们可以算出，输出电压是12.5伏

那么考虑到呢，二极管有0.6伏的管压降

所以呢我们这时候仿真的结果，11.95伏

基本上和仿真的结果是接近的

我们再看，大电感重负载

刚刚轻负载的时候，纹波电压很小

而重负载的时候

1欧姆负载12.33减10.82大概有1.5伏的纹波电压

这个很容易解释，因为它的输出部分没有电容

当二极管不导通的时候，负载上所有需要的电

都要靠电容来提供

所以当重负载的时候电流大电容的压降就快

形成了大的纹波电压，这个时候

如果我们增大输出滤波电容，

也就说，我把电容改到1000微法，之前是100微法

那么这个时候显然电压下降的就会慢，

我们可以看到，现在相减大概是减小了十倍

电容增大十倍，纹波电压也减少了十倍

我们看一下，电感大小不影响纹波，

我们刚刚仿真了两张图

一毫亨电感时候1.5伏的纹波

这是十微亨电感的时候，纹波值也差不多是1.5伏

为什么电感大小不影响纹波？

因为这个电感它没有接在负载端而接在前端

我们可以这样分析，当开关闭合以后

后级电路

完全是 RC 进行放电

跟它没关系

那么 RC 放电的时间常数就是一定的

也就是说，电压的衰减曲线是一样的

那么，稳态时候

这是电容，放掉多少电就要被充上多少电

所以只要放电曲线是，几乎是确定了

充电的样子，其实也就确定了

如果这个时候断开,电感往电容充电

它也一样要充回，增高

降这么多，就要充回这么多

而这个降呢，只跟 RC 时间常数有关

也就是说我们想要减小输出纹波

这个电感必须和负载串联，而不是前级

我们看电感电流不连续情况

前面我们仿真图发现不管是大电感

或者是重负载

这个电压小，但负载重

都可以保证电感电流是连续的，电感电流连续

那么轻负载为什么可能会导致电感电流不连续呢

我们看的电路举一个极端情况

假如我是空载，也就是说我没有这个电阻

电容是根本不耗电，那么你每一次电感对电容进行充电

只会越充越高，电容上根本就不放电

那么总会有电感充不进去的时候

电感电流，于是发生了断续

我们看小电感，轻负载的时候

也就是说电感电路发生断续了

这段时间是整个开关断开的时间

但电感，只有这么一小段，有电流

这一段呢，是开关闭合的时间

当电感上没有电流时候，VF 电压就发生震荡了

我们看电感不连续时的输出电压

类似于降压斩波电路

这个时候我们也需要把分为Toff1和Toff2

其中公式里面，Toff替换成了Toff1

变成这个样子

这是修正的输出电压公式

我们大体量一下，Ton比上Toff

在图中，这是Ton

大概是Toff时间的七倍

那么计算一下呢，就是大概5乘以8，40伏

这跟仿真结果，仿真结果是48伏

在趋势上，是大体是吻合的

也就是说电感电流不连续的时候输出电压会很高

特别指出呢，当负载为空载的时候

这段时间会更短，Toff2时间更长

那么按照我们的计算公式，Uon会产生更高的电压

这时候会击穿电路中的滤波电容这些低耐压的元件

所以 Boost 电路呢是不能为空载使用的

你无论如何要给它一个假负载

好，我们提高开关频率

我们现在是采用小电感轻负载

但我的开关频率呢，达到了两兆

这个时候，电感电流连续

并且呢我们看纹波，也非常小

这是因为，真正在电路上起作用的是容抗和感抗

我们提高开关频率后

感抗等于ωL，容抗等于1/ωc

频率的提高都会增强电容或者电感在电路中的实际作用

所以高频化是斩波电路开关电路的一个发展方向

这节课就到这里