2L 和 3L 逆变器型号
为了进行比较，考虑了三种拓扑结构：2L 逆变器以及 3L-T 和 3L-NPC 逆变器，如图 1 所示。
图 1：逆变器拓扑：a） 2L，b） 3L-T，c） 3L-NPC（来源：1)
图 1c 中的 3L-NPC 逆变器由三个支路组成，每个支路包含四个串联的开关（IGBT 或 SiC MOSFET）。每个开关上的外加电压是传统两电平逆变器的一半。通过串联相等的总线电容器，总线电压被分成两半，每个支路通过插入两个箝位二极管连接到中性点来完成。2L 逆变器只能将输出连接到正母线或负母线，而 NPC 逆变器可以在生产中产生三个电压电平：直流母线加电压、直流母线负电压和零电压，以产生更正弦的输出波形，以减少谐波失真。
考虑单腿操作，当 S1和 S11打开时，输出连接到 V直流;当 S11和 S44打开时，输出连接到 V0、中点电压;当 S44和 S4打开时，输出连接到 Vn.作为 S11和 S44在一个周期内导通时间更长，它们承受的导通损耗高于 S1和 S4但开关损耗要小得多。
与 NPC 拓扑不同，T 型逆变器没有箝位二极管，从而减少了元件数量。由于使用单个外部开关器件而不是两个串联开关器件，它还表现出更低的传导损耗，但与此同时，与 NPC 逆变器相比，这导致阻断电压降低。因此，3L-T 逆变器在 3L-NPC 的较低频率下表现出色。3L-T 双向辅助开关在中性点和负载端子之间提供可控路径;通过选择性地打开不同的开关，可以获得 3L 电平输出。
电动汽车牵引模型
可以使用直流电源、三种逆变器拓扑和电动汽车上常用的永磁同步电机 （PMSM） 构建数学模型。，PSIM 等特定工具会生成所需的输出。Altair 的 PSIM 是一款功能强大的软件，广泛用于电机驱动仿真和设计。
基本公式可用于使用数据表计算导通电阻和损耗：
R上（T） = R0[1+K（T-T初始化)] ;P西 南部= （Esw，on+Esw，off） f ;P待续=我D2R上（吨）
K 是 T、T 处导通电阻的 SiC MOSFET 温度系数初始化是初始温度，f 是开关频率，ID是漏极电流。总功率损耗包括由于导通和关断引起的开关损耗以及导通损耗。由于逆变器架构之间的差异，在 800V 总线的情况下，2L 拓扑需要 1,200V SiC MOSFET;3L-T 电路需要主开关的额定电压相同，辅助开关需要 650V 的额定电压;相比之下，3L-NPC 逆变器采用 650V SiC MOSFET 和 650V SiC 二极管。
电磁 JMAGRT 模型是一种基于有限元分析的仿真工具，可用于评估 PMSM 的铜和铁损耗。作者选择该电机的功率为 150 kW，额定扭矩为 180 Nm。
效率比较
正如人们所期望的那样，2L 逆变器中硅 IGBT 和 SiC MOSFET 之间的比较显示了基于 SiC 的解决方案的显着优势。导通损耗和开关损耗降低了 80%，结温降低了 35%，从而简化了冷却系统，并改善了整体系统的重量、尺寸和成本。低扭矩、低速区域的效率提高了近 30%，而在额定速度、额定扭矩区域可以观察到 2.8% 的效率提高了。更有趣的是涉及正在研究的三个逆变器中的 SiC MOSFET 的基准测试。
在评估效率时，我们可以考虑三种类型的曲线与扭矩：逆变器、电机和整体驱动效率。相关的效率优势出现在 1,000 到 3,000 rpm 的低速区域。在此范围内，三个逆变器的效率显示出的变化，尤其是逆变器效率曲线。在 20 Nm 至 150 Nm 的扭矩范围内，3L-T 在 1,000 rpm 时表现出更高的效率，比 2L 高 2.62%。
由于高导通损耗，3L-NPC 在三种拓扑中显示出较低的效率，但当扭矩超过 150 Nm 时，它开始急剧改善，终在略低于 200 Nm 时超过 3L-T。无论如何，3L-T 和 3L-NPC 的开关损耗低于 2L，证明了 ML 在 EV 应用中的切实优势。此外，三种配置在高速（例如从 7,000 到 12,000 rpm）下的整体驱动效率保持相同。
这可以通过电机效率在高扭矩和高速下起主导作用这一事实来解释。顺便说一句，ML 逆变器能够产生具有较低谐波含量的输出电压，导致电机中产生更多的正弦形状的磁通量，从而转化为更好的效率和更平滑的扭矩。反过来，逐渐施加旋转力会产生更少的振动和噪音，从而提高整体性能和舒适度。
，3L-NPC 在 150 Nm 的扭矩范围以上实现了的效率改进，这表明这种拓扑非常适合在大功率转换器中运行。
2L 与 ML CMEMI 行为
CMEMI，也称为共模噪声，当不需要的电流流过关于公共参考接地的两个导体时，就会表现出来（图 2）。这些电流具有相同的幅度和相位，尽管沿互连传输的信号可能不相同。CMEMI 可能来自各种来源，但基本机制是明确的：它通常是由通过杂散电容泄漏的噪声电流引起的。
图 2：共模 EMI（来源：Murata Manufacturing Co.， Ltd.2)
ML 逆变器有助于降低 2L 逆变器的 CMEMI 噪声，因为共模电压（电源接地和三相负载的中性点之间的电压）水平大大降低，从而延长了轴承和电机绕组的使用寿命。在评估 CMEMI 性能时，可以构建与之前看到的相同的模型，将逆变器和接地之间的寄生电容设置为 600 pF，将电机和外壳之间的寄生电容设置为 2 μF。可以通过施加两个开关频率（20 kHz 和 50 kHz）来进行比较。
结果证实，高开关频率会增加 2L 和 3L-T 逆变器的 CMEMI 噪声幅度，遵循相同的趋势。同样值得注意的是，在相同频谱中，2L 逆变器的 50 kHz 开关频率意味着比以 20 kHz 运行的 3L-T 逆变器的噪声幅度高出 30 dBμV。实验还证明，50 kHz 的 3L-SiC 的 CMEMl 噪声比 20 kHz 的 2L 低 15 – 50 dBμV。
