1 工作原理

下面分析Boost电路存在的不足，在理想情况下：

M(D)=U0Uin= 11-D(1)根据式(1)，在一定的输入电压下，理论上可以产生任意高于输入电压的输出电压。而实际情况中，由于电感、二极管、开关管都会产生一定的损耗，这些损耗可以等效为一个与电感串联的电阻RL，如图1所示：

此时根据磁平衡原理：

由式(2)、(3)可得：

根据式(4)，在不同的RL/R 情况下，M(D)如图2所示。由此可见，在实际电路中，Boost电路升压比有限制极限，输出电压一般能达到输入电压的4～5倍。在大功率应用环境中，由于损耗严重，升压比反而更低。

为了克服上述非隔离升压电路的不足，本文研究的升压变换器如图3所示，它由交错并联Boost电路与电容串联组合而成。

在电感电流连续模式下，当占空比大于0。5时，系统工作原理时序如图4所示，PS1、PS2分别为开关管S1、S2的驱动脉冲。ID1、ID2分别为流过续流二极管D1、D2的电流。

在一个周期内系统工作状态如下：

[t0～t1]阶段，S1、S2同时导通。输入电流流过电感与开关管，所有的二极管电流为零，电感储存能量，如图5所示。

[t1～t2]阶段，S1导通、S2关断。电感L2储存的能量通过D4、D2释放给C1、Co，如图6所示。此时C1、C2通过D4串联，同时与Co通过D2并联，输出电压等于C1或C2两端电压的两倍。

[t2～t3]阶段，S1、S2同时导通。系统状态与[t0～t1]阶段相同。

[t3～t4]阶段，S1关断、S2导通。电感L1储存的能量通过D3、D1释放给C2、Co，如图7所示。此时C1、C2通过D3串联，同时与Co通过D1并联，L2继续导通并储存能量。

在电感电流连续模式下，占空比大于0。5时，设L1=L2=L，C1=C2=C，UC1=UC2=U，由磁链守恒得：

根据式(5)可得：

输出电压U0等于UC1与UC2之和：

由式(7)可见，在相同占空比的条件下，采用本文所述电路结构的升压比比采用传统Boost电路的升压比提高了两倍。

在电感电流连续模式下，占空比小于0。5时，开关管S1、S2的驱动脉冲如图8所示。

在一个周期内系统的工作状态如下：

[t0～t1]阶段，开关管S1导通S2关断。电感L2储存的能量通过D4、D2释放给C1、C0，这时电路工作状态与图6所示相同，且C1、C2通过D4串联，同时与Co通过D2并联，输出电压等于C1或C2两端电压的两倍。

[t1～t2]阶段，开关管S1、S2同时关断。电感电流分别通过C1、D1与C2、D2向负载放电，如图9所示。

[t2～t3]阶段，S1关断、S2导通。电感L1储存的能量通过D3、D1释放给C2、Co，这时电路工作状态与图7所示相同，且C1、C2通过D3串联，同时与Co通过D1并联，电感L2继续导通并储存能量。

[t3～t4]阶段，开关管S1、S2同时关断，系统状态与[t1～t2]阶段相同。

在电感电流连续模式下，占空比小于0.5时，设L1=L2=L，C1=C2=C，UC1=UC2=U，UCo=Uo，根据以上状态分析，在[t0～t1]时间段内，电感L1两端电压为Uin，在[t2～t3]时间段内，电感L1两端电压为UC2-Uin，在[t3～t4]与[t2～t3]时间段内，电感L1两端电压为UCo-UC1-Uin，由磁链守恒得：

根据式(8)、(9)可得：

输出电压Uo为UC1与UC2之和：

因此，在电感电流连续的状态下，无论占空比大于还是小于0.5，输出电压与输入电压关系都满足式(11)。

2 仿真验证

为了分析验证上述电路的工作原理，本文选用PSIM 软件进行仿真。电路参数选择如下：Uin=25V，Uo=200 V，L1=L2=200μH，C1=C2=Co=200μF，开关频率为50 kHz，输出功率为1 000 W。电感、电容的参数大小由式(12)、(13)、(14)确定。

式中，ΔlL1为电感L1的电流纹波。

式中，ΔUC1为电容C1的电压纹波，Iin为输入电流。

ΔUo为输出电压的纹波。

下文的仿真实验验证了本文所分析的电路工作原理。图10所示为稳态下开关管S1、S2的驱动波形，从图中可以看出占空比为0.75，输入电压与输出电压的关系为：

图11、12所示为开关管电流IS1、IS2与二极管电流ID3、ID4的波形图。由图可见仿真波形与图4所示的开关管、二极管理论分析波形一致，验证了理论分析的正确性。图13、图14为输入电感L1、L2和输出电压Uo波形图。由公式(12)、(14)可得，理论电感电流、输出电压纹波分别为1.875 A、0.125 V。

3 结 论

本文详细分析了非隔离Boost电路的升压比受到限制的原因，研究了一种高升压比交错并联Boost电路拓扑结构。此电路结构可以在不采用变压器的条件下，有效地提高输入输出电压比。文中主要对电路的工作过程和其主要参数进行了分析研究，并由仿真实验对其进行了验证。通过分析可知，采用该电路结构比采用普通Boost电路，升压比提高了2倍，极大地扩大了非隔离式Boost电路的应用范围。