Multisim 14.3 ——Boost升压电路仿真

Multisim 14.3 ——Boost升压电路仿真

Multisim_14.3 使用方法

电路图中电池由一个短竖线和一个长竖线组成，短竖线代表负极，长竖线代表正极。边上注明电压值。两个电池符号组合在一起可以表示电池组。电流从正极出发，经过用电器（比如灯泡、电机），最终回到负极。

Boost电路_仿真案例

指标参数：

• 输入电压：5V
• 输出电压：12V
• 输出电流：1A
• 开关频率：10kHz
• 电压纹波 ≤ 0.5%

基础参数计算：

• 开关周期：

• 理想 Boost 占空比（CCM）：

这里 D = 60%，是考虑二极管、MOS管压降损耗，预留更大占空比，工程常用做法。

• 负载电阻：

• 输出功率：

电感参数计算（CCM 临界电感公式）

代入数值验算（D = 0.65）

计算临界电感约 47.78uH，L = 48uH 为理论最小值；为保证全程 CCM，留有裕量选取 L = 60uH

公式说明

该式为 Boost 电路临界导通模式 CRM 电感公式，当电感等于该值时，满载临界导通；取值大于该值则全程CCM，避免电感电流断流。

输出滤波电容计算

参数说明

• 效率 η 工程近似取 1（理想无损耗）

• 波纹系数

  

代入数值验算

理论最小电容约 1.083mF，这里简化取
实际电容存在 ESR 会叠加额外纹波，因此放大裕量选型
满足纹波小于 0.5% 要求。

遇到的问题：

• 脉冲源 V2 未正确配置 60% 占空比，造成导通时间不足，电感储能不够，无法抬升输出电压。

  Boost 升压逻辑：MOS 导通时电感储能，关断时电感释放能量给输出；导通时间不足则储能不足，输出电压上不去。

• 二极管选型错误：使用工频整流二极管 1N4097，反向恢复时间 μs 极，10kHz 开关频率下反向恢复极大，高频时严重拖低输出电压；高频 Boost 应选用肖特基二极管（如 1N5819）。

补充知识点——Multisim二极管选型

库名称	器件类型	适用场景
DIODE	普通硅整流二极管(1N4007类)	工频低频整流，不适合10kHz开关Boost，反向恢复损耗大
SWITCHING_DIODE	高速开关二极管	小信号高频检波、逻辑电路，电流容量小，不适合功率升压
SCHOTTKY_DIODE	肖特基二极管	Boost升压首选，低正向压降、极快反向恢复，适合10kHz功率开关电源
ZENER	稳压二极管	电压钳位、稳压，不可做主整流管
LED	发光二极管	指示用，不能整流
FWB	整流桥堆	交流输入全桥整流，不用于Boost续流
PROTECTION_DIODE	TVS保护二极管	浪涌防护，不做功率整流

Boost拓扑中二极管承担电感储能释放续流任务，开关频率10kHz属于中高频：

• 肖特基二极管少子存储效应极低，反向恢复时间ns级，开关损耗小；
• 正向压降仅0.3_{0.5V，相比硅二极管0.7}1.1V，减少发热，提升输出电压；
• 稳压管、普通整流管高频工况下损耗巨大，会直接导致输出电压大幅跌落。

去掉负载电阻R1会怎么样？

原电路R1=12Ω是唯一功率负载，移除后输出端开路，无直流负载电流。

1. 稳态能量平衡失效

Boost电路能量逻辑：电感储能 → 二极管向电容+负载释放能量。
去掉R1后，电容C1只充电、无放电回路，每一个开关周期电感传递的能量全部累积在输出电容上。

2. 输出电压持续飙升（过压击穿风险）

1. MOS导通阶段：L1从5V输入储能；
2. MOS关断阶段：电感感应高压叠加输入5V，通过D1给C1充电；
3. 无负载消耗电荷，电容电压会逐周期不断抬升，远超设计12V：
   • 仿真中电压会持续上升，直至器件模型击穿；
   • 实物场景下会击穿输出电容、MOS管、二极管。

实物硬件风险

1. 电解电容C1耐压通常仅十几伏，开路升压会快速超压鼓包、爆炸；
2. 肖特基二极管反向耐压余量不足，高压下反向漏电流暴增、发热烧毁；
3. 无负载Boost属于电源设计禁忌工况，实际产品必须增加空载泄放电阻，防止开路过压。

如果需要空载可正常工作，不能直接去掉R1，可保留小阻值泄放电阻（如几百kΩ），提供微弱放电通路，限制最高输出电压