关于T字型和1字型三电平电路分析

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一，三电平电路示意图
如图1，2所示的两种三电平电路图，为了区分这两种电路，根据四个开关管在线路图中的的排列方式，我们将前者成为1字型，后者称为T字型。

" o" c) i7 N8 R: O4 E三电平电路与普通的半桥电路相比，因为具有了中点续流的能力，所以对改善输出纹波，降低损耗都有很好的效果。

                                                         图1. 三电平“1“字形电路示意图

                                                                     图2. 三电平“T“字形电路示意图

二，两种电路的波形分析
, P$ T; Q7 s9 f% }( E1 ?为了对两种电路的损耗和规格进行比较，本文描绘了两种电路的波形，如图3、图4所示。

' A( X% M' w: Z2 s/ Y: q! ?以下是对波形图的部分说明。

• 波形图假设正负bus相等，且各个元件均假设为理想元件。
• 驱动信号的方式
• 对两种电路，为分析方便本文选择相同的驱动信号波形，驱动信号的具体控制方式来自于参考文献[1][2]，如图中所示，其中Q1,Q3一组PWM（有死区时间），Q2,Q4 一组PWM（有死区时间）,另外Q1，Q4之间也含死区时间。
• 波形图中假设电感电流iL相同，且涵盖了所有电流状态的几种情况（参考下文，图中也有标识）。
• VL表示电感与开关管相连点的电压，波形图中可以看出，两种电路此点电压波形是相同的。
• VL的高电平值都为1倍Vbus，其他电平数值按高度比例以此为参考。
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0 a8 Y" c( P6 Q) Y                                                                              图3， 1字型三电平电路波形分析

                                                                                           图4，T字型三电平电路波形

三，两种电路的比较
) E( i- j: z0 @; G. n6 e9 x8 p( Q0 _1，开关管耐压规格的比较：
从图3，图4两个波形图中可以看出，理论上1字型电路开关管的最大电压为1Vbus；T字型电路Q1,Q4开关管的反向电压最大2Vbus。

, z6 L( w9 p; R# |8 V4 }因此，看起来，从开关管耐压角度，1字型要优于T字型。
9 S& y2 \8 d' }# Z) m5 v
然而在实际上，对于1字型电路，当两个开关管的电压串联承受2倍bus电压时，由于元件本身的差异，两个开关管承受的的电压不可能完全相同，因此，为了保证开关管的安全工作，1字型电路中开关管也应按照承受2倍BUS电压去设计。
: F2 P' d1 G. Z  M# H
所以，从实际角度出发，在开关耐压的选择上，1字型电路并没有太大优势。

( G, |0 }4 d7 M8 V. J; X: V$ h: ~2 Z+ y2，损耗的比较
这里的损耗主要是指，四个开关管，及二极管开关和导通损耗。

% n0 ^9 r7 _' t: H" v, f8 }因为损耗与电流的流通路径密切相关，所以按照电流的流经路径，分成六种状态，按照不同的颜色，已表示在图3、4中，请参考。
  R' d; M: f7 d: \i.
正bus供电状态，
6 o8 T9 d: J+ d" [( {A, 1字型电路中，电流由+BUS,经Q1,Q2供电。
其损耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On Loss_Q2_On
4 F5 d0 K1 ]7 ^B, T字型电路中，电流由+BUS经Q1供电
- V& F  r# A* e% {  p3 R其损耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On
! y' v6 s# F8 E& e比较：此状态下，通过波形图中可以看出Loss_Q1_turnon&turnoff相差不多，但1字型电路比T字型电路多一个Q2的导通损耗。
* I; ^- n3 N9 m& d& v( rii.
负bus供电状态
/ V% b8 F( O, S9 l0 jA, 1字型电路中，电流方向由电感,经Q3,Q4至负bus。
; j7 F" f3 N* _! M7 r其损耗包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q3_On Loss_Q4_On
( F! l- l! D' [' BB, T字型电路中，电流方向由电感,经Q4至负bus
4 |$ Y/ h/ G. z9 q% X7 @1 z9 D& l2 `+ C其损耗包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q4_On
比较：此状态下，1字型电路比T字型电路多一个Q3的导通损耗。
) s5 z+ R: E! g; ^  riii.
/ d  H7 u# u. F8 J8 X正BUS续流状态
A, 1字型电路中，电流方向由电感经Q1Diode,Q2diode至正bus。
其损耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on
* @; c- B- f/ a: GLoss_Q2diode__turnon&turnoff&on
B, T字型电路中，电流方向由电感经Q1diode至正bus。
) v3 t8 ]6 H5 a# t) x其损耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on
. l4 A$ F# ?, Q& ~: o比较：此状态下，1字型电路比T字型电路多一个Q2的导通损耗。
5 Y4 W/ l$ |1 L" H* s5 h% Div.
负bus续流状态
A, 1字型电路中，电流方向由负bus经Q1diode,Q2diode至电感。
其损耗包括 Loss_Q3diode_turnon&turnoff&on
: ^% o' _  z8 E2 ^  f5 E4 gLoss_Q4diode__turnon&turnoff&on
B, T字型电路中，电流方向由负bus经Q1diode至电感。
其损耗包括 Loss_Q4diode_turnon&turnoff&on
比较：此状态下，一字型电路比T字型电路多一个Q3的导通损耗。
! m# c: F2 p& c/ Cv.
1 T5 c/ b: I& f' K中点续流iL>0状态
$ j. a/ e5 _6 W' g& ]+ `2 a: t" ?: _( zA，1字型电路中，电流由GND，经D1，Q2至电感。
: ~+ q( p! K6 _+ |7 a( I' i% _% i5 ~1 r6 n其损耗包括Loss_D1 Loss_Q2
0 ~: e6 C% e# UB，
T字型电路中，电流由GND，经Q2，Q3diode至电感。
其损耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode
比较：此状态下，两种电路损耗接近。
- x& o9 V' Z) v7 H2 d$ {vi.
中点续流iL<0状态
2 x1 ]! e  }# K4 ?' vA，1字型电路中，电流由电感，经Q3，D2至GND。
3 O+ F' s! e+ j- {& Q) y; W/ ]其损耗包括Loss_Q3 Loss_D2
- {% V% O3 V) Q0 V( LB, T字型电路中，电流由电感，经Q3，Q2diode至GND。
7 n, D) m% n6 m; ^) h其损耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode
* M* n1 S' J6 k4 C8 G比较：此状态下，两种电路损耗接近。
, c  v5 Z) g, l& I- X: j4 V- e- q结论：通过以上比较可以看出，除了中点续流状态，其他状态下T型电路的损耗都优于1字型电路。

* l$ [3 j* [5 C+ G$ G1 r3，元件数量的比较
从拓扑结构图中，很容易可以看出T型电路要比1字型电路少两个Diode，这对于减少空间有好处。
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% K; t1 x: S: Q& s2 u! u5 e2 K四，结论：
通过本文的分析可以看出，T字型和1字型三电平电路比较，耐压方面理论上1字型电路优于T字型电路，然而从实际应用角度分析，二者相差不大；损耗方面，T字型要优于1字型；元件数量方面，T字型少两个Diode。
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因此，按照本文的分析，在较小损耗和减小空间方面，T字型电路会比较有利。

+ i0 k9 ^: j' G. l  n+ L/ C

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T型电路在减少损耗比较有利

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不错，可以多学习学习

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三电平电路比普通电路的中点续流能力强，也能降低损耗