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。
& z: I/ f: \' w2 t( A: e
& K: A& [" \  b  N$ Y; G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。
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                                                         图1. 三电平“1“字形电路示意图

& M  ~4 ?$ N/ K0 ^& b                                                                     图2. 三电平“T“字形电路示意图
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# o6 U4 S  Z, i$ l  G二，两种电路的波形分析
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。
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9 p% u) o* y% W) j. D! L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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                                                                              图3， 1字型三电平电路波形分析
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7 H* f' L. Y$ A                                                                                           图4，T字型三电平电路波形
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三，两种电路的比较
8 V+ H7 n8 e6 K: j3 J4 q1，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。

  x9 [* w- q# C8 S$ ~9 m因此，看起来，从开关管耐压角度，1字型要优于T字型。

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。

7 N: @* K4 O3 h; n9 x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。

. @1 P! v8 A4 r2，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。
0 G+ c* |: h2 I# j/ F5 ~9 I
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.
- {+ U3 C; U: d. ~正bus供电状态，
A, 1字型电路中，电流由+BUS,经Q1,Q2供电。
- F& w: t5 S% i" ?% r0 o  U7 E% f0 l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
0 h$ s# a1 r* z4 T4 I& Z, V# {# Z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。
$ N( D: g8 j% m; A7 Z0 U  rii.
+ [& e/ J& n  t# ^9 k* _负bus供电状态
2 ?8 o6 `# `/ Z* a. ]A, 1字型电路中，电流方向由电感,经Q3,Q4至负bus。
) Z8 U( ]& M* W+ i  g7 {! @$ O其损耗包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q3_On Loss_Q4_On
B, T字型电路中，电流方向由电感,经Q4至负bus
4 N( V. D: s' O5 Z) \其损耗包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q4_On
1 @' y7 w) S. c3 m, N. e! R" P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。
0 c% ^7 O. V6 D1 r; Niii.
7 R2 ^3 ]8 A. M! g1 c正BUS续流状态
; d- q" m5 d. D! {+ w. Z$ f* jA, 1字型电路中，电流方向由电感经Q1Diode,Q2diode至正bus。
9 t3 N+ K3 ]9 t! m' I  j- ]% ?2 Z其损耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on
Loss_Q2diode__turnon&turnoff&on
B, T字型电路中，电流方向由电感经Q1diode至正bus。
" k, d2 ^- `  b3 z8 Q其损耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on
+ B$ S0 V+ ?2 E" ^2 g6 w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。
7 c4 E) T/ p! }8 siv.
负bus续流状态
/ M3 \. K" x; t4 O+ l5 M8 EA, 1字型电路中，电流方向由负bus经Q1diode,Q2diode至电感。
( l$ I2 Y; O( k$ }, m其损耗包括 Loss_Q3diode_turnon&turnoff&on
  r6 G; z0 v$ Y$ KLoss_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。
v.
2 Z* ^4 ^& @" f6 \# t  n; H$ f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。
其损耗包括Loss_D1 Loss_Q2
B，
T字型电路中，电流由GND，经Q2，Q3diode至电感。
4 G* m) O0 W- m4 ^$ r& M1 Z( V7 E其损耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode
比较：此状态下，两种电路损耗接近。
) b0 b4 _9 T* N* D: g% n+ ?2 Dvi.
( _7 l2 |1 t- N" @" \0 h中点续流iL<0状态
A，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
1 j- f" f7 C+ C' B) c) K$ XB, T字型电路中，电流由电感，经Q3，Q2diode至GND。
% b. D$ F$ o3 P( _/ a! r6 C+ F5 X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。

$ B; d; ^  N4 a$ m% e4 l& h: M3，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。

; U: s( U$ C0 {6 e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。
7 G0 G# d: @0 \) K: `. O$ y5 V
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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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