三電平飛線電容升壓器的作用和行為
出處：維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于：2025-03-28 16:19:19 | 610 次閱讀
飛電容助推器
在這種拓撲中，額外的電壓電平由一個電容器（即所謂的飛線電容器）合成。
在三電平情況下，飛跨電容的電壓是輸出電壓的一半。電容器可以在正負方向上用 V_DC/2 偏移輸出電壓。三電平飛線電容升壓器如圖 1 所示。
在飛電容升壓器中，由于晶體管控制中的相移，輸入頻率是開關(guān)頻率的 p 倍（p 是后面描述的級數(shù)）。
飛線電容升壓器的換向回路和工作模式
在飛線電容升壓器中，換向環(huán)路包括 capacitors。從換向的角度來看，電容器可以被認為是零阻抗。它在換向環(huán)路中的主要作用是使兩個外部半導(dǎo)體相互抵消。有了這個偏移，可以將三電平飛線電容升壓器視為兩個獨立的升壓器，其中外層的換向回路包括 DC link 電容器、外部二極管、飛線電容器和外部開關(guān)。內(nèi)部換向環(huán)路包括飛線電容、內(nèi)部二極管和內(nèi)部開關(guān)。兩個換向回路如圖 2 所示。
一般來說，電壓電平的數(shù)量理論上是無限的，但在實踐中使用的是 3 級、4 級和 5 級。n 電平解決方案中的額外電平可以通過向三電平轉(zhuǎn)換器添加額外的外部換向回路來實現(xiàn)。每個添加的 booster 的換向回路將類似于圖 2 中的藍色回路。電壓電平的數(shù)量可以按以下方式計算： nlevel=p+1 其中 p 是換向回路（助推器）的數(shù)量。電容器的電壓可以計算為：
$$V_{FC，i} = V_{DC} \cdot （1 - \frac{i -1}{p}）$$
其中 i 是給定換向單元的數(shù)量。第一個循環(huán)始終引用最外層的循環(huán)。
本文介紹了三電平飛線電容升壓器的作和行為。所有其他解決方案都可以基于本文實現(xiàn)。
在三電平飛線電容升壓器的工作中，可以得出四種不同的模式。在正常工作期間，飛線電容的電壓是輸出電壓的一半，電感電流是恒定的。在第一種模式下，兩個開關(guān)都關(guān)閉，電流流過兩個二極管，它們以旁路模式工作。在這種模式下，飛線電容的電壓沒有變化，扼流圈的電流減小，輸出電壓增加。在第二種模式下，下部開關(guān) （T27） 打開。電流為飛線電容器充電，導(dǎo)致其電壓增加。在第三種模式下，內(nèi)部開關(guān)打開（外部開關(guān)關(guān)閉），電流通過飛線電容器，而其電壓降低，輸出電壓將增加。在最后一種模式下，兩個開關(guān)都打開。飛線電容器的電壓將是靜止的，而扼流圈的電流將增加。在第二種和第三種模式下，電感電流變化取決于占空比 （D）。作及其效果如圖 3 和表 1 所示。
飛電容升壓器的工作模式
飛電容升壓器的工作模式
飛電容升壓器的工作模式
圖 3：飛線電容升壓器的工作模式
飛線電容升壓器的傳遞函數(shù) （y） 如下： y=VOUTV我N=11?D
其中 是占空比。
使用的模式取決于占空比。如果，那么。在這種情況下，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，則 y > 2 ，運算將為： ...→ 模式 4 → 模式 2 → 模式 4 → 模式 3 → ...在 D = 0.5 的情況下，y > 2 ，運算：...→ 模式 2 → 模式 3 → 模式 2 → 模式 3 → ...
最常用的作是 when is 小于 0.5。
飛電容升壓器的作
在飛電容升壓拓撲中，兩個晶體管必須通過 180° 相移進行控制（圖 4）。
這導(dǎo)致在 D = 0.5 的情況下，作模式將在模式 2 和模式 3 之間切換。在 D = 0.2 的情況下，飛跨電容升壓器的典型曲線可以在圖 5 中看到。
圖 5：典型曲線 a、柵極信號 b、輸出、輸入和 FC+ 電壓 c、飛跨電容的電壓和電感電流 d、飛跨電容電流 e、二極管的電流 f、晶體管的電流
飛線電容升壓器的優(yōu)勢
與升壓器拓撲相比，飛線電容升壓器拓撲具有以下優(yōu)點：? 由于作是三電平的，因此半導(dǎo)體上的電壓應(yīng)力降低。這導(dǎo)致更低的 EMI、更低的電流和電壓紋波。
與對稱升壓器拓撲相比，飛線電容升壓器拓撲具有以下優(yōu)點：? 它具有兩級輸入和輸出連接，而第三級電壓電平由飛線電容合成。這樣，就可以消除輸入和輸出上的大型三電平電容器。? 只需要一個輸入扼流圈。
在這兩種情況下，輸入頻率都是開關(guān)頻率的兩倍。這會導(dǎo)致較低的輸入紋波電流或可以降低電感。由于雙倍頻率，可以使用較慢的半導(dǎo)體，從而降低了成本，同時開關(guān)損耗也更低。這意味著為了實現(xiàn)最佳性能，不需要 SiC MOSFET，但可以使用 Si IGBT。
在這種拓撲中，額外的電壓電平由一個電容器（即所謂的飛線電容器）合成。
在三電平情況下，飛跨電容的電壓是輸出電壓的一半。電容器可以在正負方向上用 V_DC/2 偏移輸出電壓。三電平飛線電容升壓器如圖 1 所示。
三電平飛線電容升壓器
在飛電容升壓器中，由于晶體管控制中的相移，輸入頻率是開關(guān)頻率的 p 倍（p 是后面描述的級數(shù)）。
飛線電容升壓器的換向回路和工作模式
在飛線電容升壓器中，換向環(huán)路包括 capacitors。從換向的角度來看，電容器可以被認為是零阻抗。它在換向環(huán)路中的主要作用是使兩個外部半導(dǎo)體相互抵消。有了這個偏移，可以將三電平飛線電容升壓器視為兩個獨立的升壓器，其中外層的換向回路包括 DC link 電容器、外部二極管、飛線電容器和外部開關(guān)。內(nèi)部換向環(huán)路包括飛線電容、內(nèi)部二極管和內(nèi)部開關(guān)。兩個換向回路如圖 2 所示。
兩個通信回路
一般來說，電壓電平的數(shù)量理論上是無限的，但在實踐中使用的是 3 級、4 級和 5 級。n 電平解決方案中的額外電平可以通過向三電平轉(zhuǎn)換器添加額外的外部換向回路來實現(xiàn)。每個添加的 booster 的換向回路將類似于圖 2 中的藍色回路。電壓電平的數(shù)量可以按以下方式計算： nlevel=p+1 其中 p 是換向回路（助推器）的數(shù)量。電容器的電壓可以計算為：
$$V_{FC，i} = V_{DC} \cdot （1 - \frac{i -1}{p}）$$
其中 i 是給定換向單元的數(shù)量。第一個循環(huán)始終引用最外層的循環(huán)。
本文介紹了三電平飛線電容升壓器的作和行為。所有其他解決方案都可以基于本文實現(xiàn)。
在三電平飛線電容升壓器的工作中，可以得出四種不同的模式。在正常工作期間，飛線電容的電壓是輸出電壓的一半，電感電流是恒定的。在第一種模式下，兩個開關(guān)都關(guān)閉，電流流過兩個二極管，它們以旁路模式工作。在這種模式下，飛線電容的電壓沒有變化，扼流圈的電流減小，輸出電壓增加。在第二種模式下，下部開關(guān) （T27） 打開。電流為飛線電容器充電，導(dǎo)致其電壓增加。在第三種模式下，內(nèi)部開關(guān)打開（外部開關(guān)關(guān)閉），電流通過飛線電容器，而其電壓降低，輸出電壓將增加。在最后一種模式下，兩個開關(guān)都打開。飛線電容器的電壓將是靜止的，而扼流圈的電流將增加。在第二種和第三種模式下，電感電流變化取決于占空比 （D）。作及其效果如圖 3 和表 1 所示。
飛電容升壓器的工作模式飛電容升壓器的工作模式
飛電容升壓器的工作模式
圖 3：飛線電容升壓器的工作模式
| 模式 | 晶體管 | 電感 電流 | FC 電壓 | 直流母線 電壓 | ||
| T25 | T27 | D<0.5 | D>0.5 | |||
| 模式 1 | 離 | 離 | 降低 | - | - | 增加 |
| 模式 2 | 離 | 上 | 增加 | 降低 | 增加 | 降低 |
| 模式 3 | 上 | 離 | 增加 | 降低 | 降低 | 增加 |
| 模式 4 | 上 | 上 | - | 增加 | - | 降低 |
表 1：輸出和 FC 電壓狀態(tài)
飛線電容升壓器的傳遞函數(shù) （y） 如下： y=VOUTV我N=11?D
其中 是占空比。
使用的模式取決于占空比。如果，那么。在這種情況下，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，則 y > 2 ，運算將為： ...→ 模式 4 → 模式 2 → 模式 4 → 模式 3 → ...在 D = 0.5 的情況下，y > 2 ，運算：...→ 模式 2 → 模式 3 → 模式 2 → 模式 3 → ...
最常用的作是 when is 小于 0.5。
飛電容升壓器的作
在飛電容升壓拓撲中，兩個晶體管必須通過 180° 相移進行控制（圖 4）。
PWM 的參考信號和調(diào)制信號
這導(dǎo)致在 D = 0.5 的情況下，作模式將在模式 2 和模式 3 之間切換。在 D = 0.2 的情況下，飛跨電容升壓器的典型曲線可以在圖 5 中看到。
圖 5：典型曲線 a、柵極信號 b、輸出、輸入和 FC+ 電壓 c、飛跨電容的電壓和電感電流 d、飛跨電容電流 e、二極管的電流 f、晶體管的電流飛線電容升壓器的優(yōu)勢
與升壓器拓撲相比，飛線電容升壓器拓撲具有以下優(yōu)點：? 由于作是三電平的，因此半導(dǎo)體上的電壓應(yīng)力降低。這導(dǎo)致更低的 EMI、更低的電流和電壓紋波。
與對稱升壓器拓撲相比，飛線電容升壓器拓撲具有以下優(yōu)點：? 它具有兩級輸入和輸出連接，而第三級電壓電平由飛線電容合成。這樣，就可以消除輸入和輸出上的大型三電平電容器。? 只需要一個輸入扼流圈。
在這兩種情況下，輸入頻率都是開關(guān)頻率的兩倍。這會導(dǎo)致較低的輸入紋波電流或可以降低電感。由于雙倍頻率，可以使用較慢的半導(dǎo)體，從而降低了成本，同時開關(guān)損耗也更低。這意味著為了實現(xiàn)最佳性能，不需要 SiC MOSFET，但可以使用 Si IGBT。
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