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
1 P0 F) A3 j+ \7 Z$ @) v1 `3 {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。
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+ f% p3 J4 I) p  X- 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。

5 B& F. Y; I. Z$ c( x( R) m: V4 Y                                                         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

/ P( G6 u# A$ z; w# f' W) ^# f二，两种电路的波形分析
. S% B% Q) @! {4 h% U* L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。

1 |+ \' z" ^' s以下是对波形图的部分说明。

! Z' F0 q2 d8 S! v* S& U5 E  H- u% P

• 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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                                                                              图3， 1字型三电平电路波形分析
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                                                                                           图4，T字型三电平电路波形

三，两种电路的比较
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。

因此，看起来，从开关管耐压角度，1字型要优于T字型。

4 t. p$ ^% ^+ P2 [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。

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。

2，损耗的比较
2 Q1 s( e" G/ R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。
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$ L8 Q# |2 n7 u9 x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.
& {% ]" G  C4 W7 M5 K8 L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
' A+ h9 A5 I& r& f. v" m; LB, 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
7 {& q8 A1 }2 e" I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
9 u5 h2 R6 j1 S, v0 d) DA, 1字型电路中，电流方向由电感,经Q3,Q4至负bus。
: V6 t; [3 `8 f其损耗包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q3_On Loss_Q4_On
# `; }( I0 h, H' N6 v% ^1 rB, 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
) s0 u3 Q7 |1 `" P% p  E* h7 l" i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。
' e! W9 b# H& i0 R& \( Y4 ^iii.
' o7 X" k+ Z4 ^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
" p0 B) H8 B; H# HLoss_Q2diode__turnon&turnoff&on
B, T字型电路中，电流方向由电感经Q1diode至正bus。
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。
iv.
' J* U; K2 n( p负bus续流状态
3 E6 f0 t* @# ?5 UA, 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
! z/ u/ y, L: X) x8 ^; hLoss_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
# T; V& j1 [3 B. p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。
" `) a! w2 a+ Uv.
中点续流iL>0状态
5 a1 v' Q& J- v, mA，1字型电路中，电流由GND，经D1，Q2至电感。
) i  v' ]  I" ^& @2 c: p* ?其损耗包括Loss_D1 Loss_Q2
B，
7 }" L, a$ F% Q; o: J8 M" U% MT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。
vi.
中点续流iL<0状态
$ l0 M! _" s; L2 t; v. }! hA，1字型电路中，电流由电感，经Q3，D2至GND。
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。
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。
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3，元件数量的比较
) _, q1 }4 L$ T) V* M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。

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。
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duhe3hfu

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