逆變?nèi)娖健?”字型和“T”字型電路的比較分析

摘要：本文主要是現(xiàn)有的三電平研究的基礎(chǔ)上，對(duì)”1”字型和”T”字型電路的波形了進(jìn)行分析，并在波形分析的基礎(chǔ)上，對(duì)開關(guān)管的規(guī)格選取，損耗等方面進(jìn)行了分析和比較，最終選取一種適合的三電平電路。

一，三電平電路示意圖

如圖1，2所示的兩種三電平電路圖，為了區(qū)分這兩種電路，根據(jù)四個(gè)開關(guān)管在線路圖中的的排列方式，我們將前者成為1字型，后者稱為T字型。

三電平電路與普通的半橋電路相比，因?yàn)榫哂辛酥悬c(diǎn)續(xù)流的能力，所以對(duì)改善輸出紋波，降低損耗都有很好的效果。

二，兩種電路的波形分析

為了對(duì)兩種電路的損耗和規(guī)格進(jìn)行比較，本文描繪了兩種電路的波形，如圖3、圖4所示。

以下是對(duì)波形圖的部分說明。

波形圖假設(shè)正負(fù)bus相等，且各個(gè)元件均假設(shè)為理想元件。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的方式

對(duì)兩種電路，為分析方便本文選擇相同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的具體控制方式來自于參考文獻(xiàn)[1][2]，如圖中所示，其中Q1,Q3一組PWM（有死區(qū)時(shí)間），Q2,Q4 一組PWM（有死區(qū)時(shí)間）,另外Q1，Q4之間也含死區(qū)時(shí)間。

波形圖中假設(shè)電感電流iL相同，且涵蓋了所有電流狀態(tài)的幾種情況（參考下文，圖中也有標(biāo)識(shí)）。

VL表示電感與開關(guān)管相連點(diǎn)的電壓，波形圖中可以看出，兩種電路此點(diǎn)電壓波形是相同的。

VL的高電平值都為1倍Vbus，其他電平數(shù)值按高度比例以此為參考。

三，兩種電路的比較

1，開關(guān)管耐壓規(guī)格的比較：

從圖3，圖4兩個(gè)波形圖中可以看出，理論上1字型電路開關(guān)管的最大電壓為1Vbus；T字型電路Q1,Q4開關(guān)管的反向電壓最大2Vbus。

因此，看起來，從開關(guān)管耐壓角度，1字型要優(yōu)于T字型。

然而在實(shí)際上，對(duì)于1字型電路，當(dāng)兩個(gè)開關(guān)管的電壓串聯(lián)承受2倍bus電壓時(shí)，由于元件本身的差異，兩個(gè)開關(guān)管承受的的電壓不可能完全相同，因此，為了保證開關(guān)管的安全工作，1字型電路中開關(guān)管也應(yīng)按照承受2倍BUS電壓去設(shè)計(jì)。

所以，從實(shí)際角度出發(fā)，在開關(guān)耐壓的選擇上，1字型電路并沒有太大優(yōu)勢(shì)。

2，損耗的比較

這里的損耗主要是指，四個(gè)開關(guān)管，及二極管開關(guān)和導(dǎo)通損耗。

因?yàn)閾p耗與電流的流通路徑密切相關(guān)，所以按照電流的流經(jīng)路徑，分成六種狀態(tài)，按照不同的顏色，已表示在圖3、4中，請(qǐng)參考。
正bus供電狀態(tài)，

A, 1字型電路中，電流由+BUS,經(jīng)Q1,Q2供電。其損耗包括Loss_Q1_turnonturnoff Loss_Q1_On Loss_Q2_On

B, T字型電路中，電流由+BUS經(jīng)Q1供電其損耗包括Loss_Q1_turnonturnoff Loss_Q1_On

比較：此狀態(tài)下，通過波形圖中可以看出Loss_Q1_turnonturnoff相差不多，但1字型電路比T字型電路多一個(gè)Q2的導(dǎo)通損耗。負(fù)bus供電狀態(tài)
A, 1字型電路中，電流方向由電感,經(jīng)Q3,Q4至負(fù)bus。其損耗包括Loss_Q4_turnonturnoff Loss_Q3_On Loss_Q4_On

B, T字型電路中，電流方向由電感,經(jīng)Q4至負(fù)bus其損耗包括Loss_Q4_turnonturnoff Loss_Q4_On

比較：此狀態(tài)下，1字型電路比T字型電路多一個(gè)Q3的導(dǎo)通損耗。正BUS續(xù)流狀態(tài)

A, 1字型電路中，電流方向由電感經(jīng)Q1diode,Q2diode至正bus

其損耗包括 Loss_Q1diode_turnonturnoffon

Loss_Q2diode__turnonturnoffon

B, T字型電路中，電流方向由電感經(jīng)Q1diode至正bus。

其損耗包括 Loss_Q1diode_turnonturnoffon

比較：此狀態(tài)下，1字型電路比T字型電路多一個(gè)Q2的導(dǎo)通損耗。

負(fù)bus續(xù)流狀

A, 1字型電路中，電流方向由負(fù)bus經(jīng)Q1diode,Q2diode至電感。

其損耗包括 Loss_Q3diode_turnonturnoffon Loss_Q4diode__turnonturnoffon

B, T字型電路中，電流方向由負(fù)bus經(jīng)Q1diode至電感。其損耗包括 Loss_Q4diode_turnonturnoffon比較：此狀態(tài)下，一字型電路比T字型電路多一個(gè)Q3的導(dǎo)通損耗。中點(diǎn)續(xù)流iL>0狀態(tài)

A，1字型電路中，電流由GND，經(jīng)D1，Q2至電感。其損耗包括Loss_D1 Loss_Q2T字型電路中，電流由GND，經(jīng)Q2，Q3diode至電感。
其損耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode

比較：此狀態(tài)下，兩種電路損耗接近。中點(diǎn)續(xù)流iL0狀態(tài)A，1字型電路中，電流由電感，經(jīng)Q3，D2至GND。
其損耗包括Loss_Q3 Loss_D2

B, T字型電路中，電流由電感，經(jīng)Q3，Q2diode至GND。

其損耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode

比較：此狀態(tài)下，兩種電路損耗接近

結(jié)論：通過以上比較可以看出，除了中點(diǎn)續(xù)流狀態(tài)，其他狀態(tài)下T型電路的損耗都優(yōu)于1字型電路。

3，元件數(shù)量的比較

從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中，很容易可以看出T型電路要比1字型電路少兩個(gè)Diode，這對(duì)于減少空間有好處。

四，結(jié)論：

通過本文的分析可以看出，T字型和1字型三電平電路比較，耐壓方面理論上1字型電路優(yōu)于T字型電路，然而從實(shí)際應(yīng)用角度分析，二者相差不大；損耗方面，T字型要優(yōu)于1字型；元件數(shù)量方面，T字型少兩個(gè)Diode 因此，按照本文的分析，在較小損耗和減小空間方面，T字型電路會(huì)比較有利。