【图】三电平飞线电容升压器的作用和行为电源电路电路图维库电子市场网

三电平飞线电容升压器的作用和行为

出处：维库电子市场网时间：2025-03-28

　　飞电容助推器
　　在这种拓扑中，额外的电压电平由一个电容器（即所谓的飞线电容器）合成。
　　在三电平情况下，飞跨电容的电压是输出电压的一半。电容器可以在正负方向上用 V_DC/2 偏移输出电压。三电平飞线电容升压器如图 1 所示。

　　三电平飞线电容升压器

　　图 1：三电平飞线电容升压器
　　在飞电容升压器中，由于晶体管控制中的相移，输入频率是开关频率的 p 倍（p 是后面描述的级数）。
　　飞线电容升压器的换向回路和工作模式
　　在飞线电容升压器中，换向环路包括 capacitors。从换向的角度来看，电容器可以被认为是零阻抗。它在换向环路中的主要作用是使两个外部半导体相互抵消。有了这个偏移，可以将三电平飞线电容升压器视为两个独立的升压器，其中外层的换向回路包括 DC link 电容器、外部二极管、飞线电容器和外部开关。内部换向环路包括飞线电容、内部二极管和内部开关。两个换向回路如图 2 所示。

　　两个通信回路

　　图 2：两个通信回路
　　一般来说，电压电平的数量理论上是无限的，但在实践中使用的是 3 级、4 级和 5 级。n 电平解决方案中的额外电平可以通过向三电平转换器添加额外的外部换向回路来实现。每个添加的 booster 的换向回路将类似于图 2 中的蓝色回路。电压电平的数量可以按以下方式计算：　nlevel=p+1　　其中 p 是换向回路（助推器）的数量。电容器的电压可以计算为：
　　$$V_{FC，i} = V_{DC} \cdot （1 - \frac{i -1}{p}）$$
　　其中 i 是给定换向单元的数量。个循环始终引用外层的循环。
　　本文介绍了三电平飞线电容升压器的作和行为。所有其他解决方案都可以基于本文实现。
　　在三电平飞线电容升压器的工作中，可以得出四种不同的模式。在正常工作期间，飞线电容的电压是输出电压的一半，电感电流是恒定的。在种模式下，两个开关都关闭，电流流过两个二极管，它们以旁路模式工作。在这种模式下，飞线电容的电压没有变化，扼流圈的电流减小，输出电压增加。在第二种模式下，下部开关（T27）打开。电流为飞线电容器充电，导致其电压增加。在第三种模式下，内部开关打开（外部开关关闭），电流通过飞线电容器，而其电压降低，输出电压将增加。在一种模式下，两个开关都打开。飞线电容器的电压将是静止的，而扼流圈的电流将增加。在第二种和第三种模式下，电感电流变化取决于占空比（D）。作及其效果如图 3 和表 1 所示。

　　飞电容升压器的工作模式
　　飞电容升压器的工作模式
　　飞电容升压器的工作模式
　　图 3：飞线电容升压器的工作模式
　

模式	晶体管	电感电流	FC 电压	直流母线电压
	T25	T27	D<0.5	D>0.5
模式 1	离	离	降低	-	-	增加
模式 2	离	上	增加	降低	增加	降低
模式 3	上	离	增加	降低	降低	增加
模式 4	上	上	-	增加	-	降低

表 1：输出和 FC 电压状态

　　飞线电容升压器的传递函数（y）如下：　y=VOUTV我N=11?D
　　其中是占空比。
　　使用的模式取决于占空比。如果，那么。在这种情况下，不使用模式 4，作如下：...→ 模式 1 → 模式 2 → 模式 1 → 模式 3 → ...如果 > 0.5，则 y > 2 ，运算将为： ...→ 模式 4 → 模式 2 → 模式 4 → 模式 3 → ...在 D = 0.5 的情况下，y > 2 ，运算：...→ 模式 2 → 模式 3 → 模式 2 → 模式 3 → ...
　　常用的作是 when is 小于 0.5。
　　飞电容升压器的作
　　在飞电容升压拓扑中，两个晶体管必须通过 180° 相移进行控制（图 4）。

　　PWM 的参考信号和调制信号

　　图 4：PWM 的参考和调制信号
　　这导致在 D = 0.5 的情况下，作模式将在模式 2 和模式 3 之间切换。在 D = 0.2 的情况下，飞跨电容升压器的典型曲线可以在图 5 中看到。

　　图 5：典型曲线 a、栅极信号 b、输出、输入和 FC+ 电压 c、飞跨电容的电压和电感电流 d、飞跨电容电流 e、二极管的电流 f、晶体管的电流
　　飞线电容升压器的优势
　　与升压器拓扑相比，飞线电容升压器拓扑具有以下优点：? 由于作是三电平的，因此半导体上的电压应力降低。这导致更低的 EMI、更低的电流和电压纹波。
　　与对称升压器拓扑相比，飞线电容升压器拓扑具有以下优点：? 它具有两级输入和输出连接，而第三级电压电平由飞线电容合成。这样，就可以消除输入和输出上的大型三电平电容器。? 只需要一个输入扼流圈。
　　在这两种情况下，输入频率都是开关频率的两倍。这会导致较低的输入纹波电流或可以降低电感。由于双倍频率，可以使用较慢的半导体，从而降低了成本，同时开关损耗也更低。这意味着为了实现性能，不需要 SiC MOSFET，但可以使用 Si IGBT。

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