三電平飛線電容升壓器的作用和行為

出處：維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于：2025-03-28 16:19:19 | 565 次閱讀

　　飛電容助推器
　　在這種拓?fù)渲?，額外的電壓電平由一個(gè)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(fù)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

　　圖 1：三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(kāi)關(guān)頻率的 p 倍（p 是后面描述的級(jí)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(lái)看，電容器可以被認(rèn)為是零阻抗。它在換向環(huán)路中的主要作用是使兩個(gè)外部半導(dǎo)體相互抵消。有了這個(gè)偏移，可以將三電平飛線電容升壓器視為兩個(gè)獨(dú)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(kāi)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(kāi)關(guān)。兩個(gè)換向回路如圖 2 所示。

　　兩個(gè)通信回路

　　圖 2：兩個(gè)通信回路
　　一般來(lái)說(shuō)，電壓電平的數(shù)量理論上是無(wú)限的，但在實(shí)踐中使用的是 3 級(jí)、4 級(jí)和 5 級(jí)。n 電平解決方案中的額外電平可以通過(guò)向三電平轉(zhuǎn)換器添加額外的外部換向回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)添加的 booster 的換向回路將類似于圖 2 中的藍(lán)色回路。電壓電平的數(shù)量可以按以下方式計(jì)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(jì)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(gè)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(shí)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(gè)開(kāi)關(guān)都關(guān)閉，電流流過(guò)兩個(gè)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(méi)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(kāi)關(guān) （T27）打開(kāi)。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(kāi)關(guān)打開(kāi)（外部開(kāi)關(guān)關(guān)閉），電流通過(guò)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(gè)開(kāi)關(guān)都打開(kāi)。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(yùn)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(yùn)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?fù)渲?，兩個(gè)晶體管必須通過(guò) 180° 相移進(jìn)行控制（圖 4）。

　　PWM 的參考信號(hào)和調(diào)制信號(hào)

　　圖 4：PWM 的參考和調(diào)制信號(hào)
　　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(hào) 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(shì)
　　與升壓器拓?fù)湎啾龋w線電容升壓器拓?fù)渚哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：? 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(duì)稱升壓器拓?fù)湎啾?，飛線電容升壓器拓?fù)渚哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：? 它具有兩級(jí)輸入和輸出連接，而第三級(jí)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(gè)輸入扼流圈。
　　在這兩種情況下，輸入頻率都是開(kāi)關(guān)頻率的兩倍。這會(huì)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(shí)開(kāi)關(guān)損耗也更低。這意味著為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，不需要 SiC MOSFET，但可以使用 Si IGBT。

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