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。
% n( o/ T" _5 P( A! M; o
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
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                                                                     图2. 三电平“T“字形电路示意图
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. ^, n5 a3 X! A9 U2 Q二，两种电路的波形分析
- E8 q& F% R  J8 L; p' ]# N$ t. w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。
  N! h8 p- g. x
% C5 Q3 }5 L2 C  l+ i& p8 m8 x以下是对波形图的部分说明。
) L, ~4 e* M' X: `- U
' B* ~% \2 n: j2 |, `

• 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。
  8 d4 \, \3 D" [+ L

                                                                              图3， 1字型三电平电路波形分析

# f! o0 p, ~* `' m! A  U" t; M                                                                                           图4，T字型三电平电路波形
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. {9 J% y- o/ S5 g( U三，两种电路的比较
. F! e# b' Y8 e6 g0 Y1，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。

因此，看起来，从开关管耐压角度，1字型要优于T字型。
! m. v+ X6 S2 y. O. g% v/ P$ X
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。
% o$ c- {, G! p3 @! I) A; c
+ D5 c0 j( D8 Y" E7 z6 p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。
( W+ s/ R# k  |
2，损耗的比较
$ U+ b7 X  P2 m/ U8 G  p* J. H( E, T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。
( S( b3 O) L" H% @3 r+ B
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。
i.
$ F1 M! y' u2 W9 m正bus供电状态，
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
B, T字型电路中，电流由+BUS经Q1供电
其损耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On
/ X" t" W( K/ a" @" y9 G* w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。
ii.
负bus供电状态
A, 1字型电路中，电流方向由电感,经Q3,Q4至负bus。
' U0 }3 k! v, b0 a0 Y8 J3 R其损耗包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q3_On Loss_Q4_On
' Z' g& W# V5 \4 eB, T字型电路中，电流方向由电感,经Q4至负bus
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。
iii.
正BUS续流状态
5 {  O: z  y$ d; ^- g/ Q* \/ sA, 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
9 ?* X9 `2 l/ Y5 Y  vLoss_Q2diode__turnon&turnoff&on
B, T字型电路中，电流方向由电感经Q1diode至正bus。
" l% E' H: v5 R. u. U其损耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on
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。
4 q2 P; |) S7 L; o2 ~1 M( Jiv.
负bus续流状态
% N: j6 ^* v) C8 W/ P! _A, 1字型电路中，电流方向由负bus经Q1diode,Q2diode至电感。
$ w0 E; \% u+ ^" m9 A& S其损耗包括 Loss_Q3diode_turnon&turnoff&on
Loss_Q4diode__turnon&turnoff&on
B, T字型电路中，电流方向由负bus经Q1diode至电感。
" Z2 r* V* `( c) b" |4 v7 x. K4 Q其损耗包括 Loss_Q4diode_turnon&turnoff&on
' c5 k7 ]- y5 D' C& w4 a* Y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。
& R3 [, r5 e( S# E' Qv.
中点续流iL>0状态
A，1字型电路中，电流由GND，经D1，Q2至电感。
2 {; |4 X1 K2 K% r% b其损耗包括Loss_D1 Loss_Q2
B，
" B, B, C) R4 W& B2 q9 ~T字型电路中，电流由GND，经Q2，Q3diode至电感。
$ {4 a% N2 l! j" m5 l  _其损耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode
比较：此状态下，两种电路损耗接近。
vi.
+ y+ k) d% E2 d! I1 D中点续流iL<0状态
2 }' ~! N3 I6 y% o+ JA，1字型电路中，电流由电感，经Q3，D2至GND。
/ f+ m' g5 E8 X3 X其损耗包括Loss_Q3 Loss_D2
B, T字型电路中，电流由电感，经Q3，Q2diode至GND。
其损耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode
比较：此状态下，两种电路损耗接近。
9 }5 ~! E; \, V* {6 z9 k2 `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。

3，元件数量的比较
& w9 N0 ~6 A) `) X! ?7 z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。

, o" z% w& J! i( h- m: a1 m9 W四，结论：
( c+ G& z, q+ m  g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。

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。
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8 i+ O# B& m& e2 s& Z* X

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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