交錯并聯(lián)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(lián)BOOST變換器的拓撲結(jié)構(gòu)，并對其建立仿真模型，進而延伸到N個相同的BOOST拓撲結(jié)構(gòu)的并聯(lián)，從中分析了此種拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，進而得出此種拓撲結(jié)構(gòu)適于在功率因數(shù)校正電路中應(yīng)用的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：交錯并聯(lián)；BOOST拓撲；Pspice仿真；PWM

隨著電力電子行業(yè)的發(fā)展，電路設(shè)計的復(fù)雜程度越來越高，仿真作為一種便利的設(shè)計手段被廣泛的應(yīng)用于電路設(shè)計、分析和驗證中，包括用于電路設(shè)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(shè)計人員了解電路的工作特性，設(shè)計人員可以通過仿真來預(yù)測和驗證電路設(shè)計的準確性，具有時效性強的優(yōu)點，對于科學(xué)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(chǔ)上對BOOST變換器的并聯(lián)交錯技術(shù)進行仿真分析，通過搭建Pspice模型分析了并聯(lián)交錯BOOST變換器的優(yōu)點，即輸出紋波很小適用于帶載要求紋波小的設(shè)備，如應(yīng)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(jié)構(gòu)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(guān)變換器。
開關(guān)變換器同三端線性調(diào)節(jié)器有很多相同點，例如輸入電壓不能調(diào)節(jié)，但是輸出電壓可以調(diào)節(jié)，在效率要求較高的情況下可以替代線性調(diào)節(jié)器，開關(guān)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(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

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

由圖4的驅(qū)動波形分析撲結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)：
狀態(tài)1當(dāng)兩個管子都為高電平時候，直流電源經(jīng)過電感與地相連，輸出電容通過輸出電阻放電，狀態(tài)2兩個開關(guān)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(guān)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(dǎo)通，然后與輸出電容、輸出電阻相連接；狀態(tài)3開關(guān)管都為高電平，直流電壓經(jīng)過電感與地相連，輸出電容此時通過電阻放電，最后狀態(tài)4與狀態(tài)2相反，狀態(tài)2中高電平的開關(guān)管在此時的電平變?yōu)榈碗娖?，原來狀態(tài)2中的低電平的開關(guān)管此時電平變?yōu)楦唠娖?，此時直流電壓同過電感，經(jīng)過高電平的開關(guān)管與地連接，由于另一個并聯(lián)的電感此時的電壓反向，使二極管正向?qū)?，通過二極管與電容、電阻連接。
由圖3交錯并聯(lián)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(jié)構(gòu)的并聯(lián)
通過并聯(lián)多個不同的BOOST拓撲結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)多個并聯(lián)變換器。采用Giral等人提出的的電流模式交錯驅(qū)動的方法，實現(xiàn)控制。其中用二進制表示開通和關(guān)斷，1為開通，0為關(guān)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(lián)變換器的PSpice模型如圖8所示。
此種拓撲機構(gòu)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(fā)生變化。

4 結(jié)論
交錯并聯(lián)變換器的優(yōu)點是可以減小輸出電壓的紋波，因此此種拓撲結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于功率因數(shù)校正中。使負載表現(xiàn)為阻性負載，對電網(wǎng)的影響減小。