交錯并聯式BOOST電路的Pspice仿真分析

摘要：文中研究基于Pspice軟件的交錯并聯BOOST變換器的拓撲結構，并對其建立仿真模型，進而延伸到N個相同的BOOST拓撲結構的并聯，從中分析了此種拓撲結構的優點，進而得出此種拓撲結構適于在功率因數校正電路中應用的結論。
關鍵詞：交錯并聯；BOOST拓撲；Pspice仿真；PWM

隨著電力電子行業的發展，電路設計的復雜程度越來越高，仿真作為一種便利的設計手段被廣泛的應用于電路設計、分析和驗證中，包括用于電路設計中的一系列仿真軟件如MATLAB中的Simulink及其Pspice等軟件，這些軟件可以對電路中的信號進行仿真，讓設計人員了解電路的工作特性，設計人員可以通過仿真來預測和驗證電路設計的準確性，具有時效性強的優點，對于科學研究工作具有十分有用的價值。筆者在基于Pspice仿真軟件的基礎上對BOOST變換器的并聯交錯技術進行仿真分析，通過搭建Pspice模型分析了并聯交錯BOOST變換器的優點，即輸出紋波很小適用于帶載要求紋波小的設備，如應用于計算機的CPU等。

1 DC-DC變換器
DC-DC變換器的基本拓撲結構非為BUCK變換器、BOOST變換器和BUCK-BOOST變換器。由于DC-DC變換器中，輸入端和輸出端共地，所以也稱為三端開關變換器。
開關變換器同三端線性調節器有很多相同點，例如輸入電壓不能調節，但是輸出電壓可以調節，在效率要求較高的情況下可以替代線性調節器，開關變化器在輸入跟輸出之間使用的是扼流圈而不是變壓器。
BOOST電路是升壓電路，升壓電感完成升壓，并通過電容保持電壓值。其結構圖如圖1所示。

，其中N為并聯的變換器的個數，本課題中N為2，交錯并聯BOOST拓撲中的PWM信號的一種時序圖如圖4所示。

由圖4的驅動波形分析撲結構的工作狀態：
狀態1當兩個管子都為高電平時候，直流電源經過電感與地相連，輸出電容通過輸出電阻放電，狀態2兩個開關管中工，其中一個為高電平，一個為低電平，高電平的那只管子通過電感、開關管與地相連接，另外電感的感生電壓使此時的電壓方向反向，使正向的二極管導通，然后與輸出電容、輸出電阻相連接；狀態3開關管都為高電平，直流電壓經過電感與地相連，輸出電容此時通過電阻放電，最后狀態4與狀態2相反，狀態2中高電平的開關管在此時的電平變為低電平，原來狀態2中的低電平的開關管此時電平變為高電平，此時直流電壓同過電感，經過高電平的開關管與地連接，由于另一個并聯的電感此時的電壓反向，使二極管正向導通，通過二極管與電容、電阻連接。
由圖3交錯并聯Boost電路的Pspice模型所測的各點的波形圖如圖5所示。

在輸出電容為100μF時和300μF時，輸出電壓波形如圖6所示。由圖6可知道，增加輸出電容值可以輸出紋波電壓減小。

3 N個BOOST拓撲結構的并聯
通過并聯多個不同的BOOST拓撲結構，可以實現多個并聯變換器。采用Giral等人提出的的電流模式交錯驅動的方法，實現控制。其中用二進制表示開通和關斷，1為開通，0為關斷。3個相同的BOOST變換器連接如圖7所示。

3個相同的BOOST變換器交錯并聯變換器的PSpice模型如圖8所示。
此種拓撲機構的輸出紋波電壓：(3)
上式中增大C可以減小輸出紋波的大小，另外通過改變△i也可以紋波電壓發生變化。

4 結論
交錯并聯變換器的優點是可以減小輸出電壓的紋波，因此此種拓撲結構廣泛應用于功率因數校正中。使負載表現為阻性負載，對電網的影響減小。