上一期我們介紹了為什么要用三電平拓撲，以及飛跨電容三電平拓撲基本的工作原理，請查看三電平拓撲1—為什么要用三電平拓撲？

本期逐步深入分析，對飛跨電容三電平拓撲進行簡單的仿真，看看各部分的波形是否和理論分析的一致。

1.驅(qū)動信號

在飛跨電容升壓變換器中，兩個晶體管驅(qū)動相位相差180°，根據(jù)MCU發(fā)波原理，在此處我們選擇30kHz的載波進行仿真說明，載波如圖1所示。

圖1 驅(qū)動信號載波

上一節(jié)了解到，占空比D＜0.5，D＝0.5和D＞0.5分別處于不同的工作模式，我們首先看一下這三種情況下的驅(qū)動波形。

圖2 D=0.2時的驅(qū)動波形

D=0.2時，很明顯T1和T2的驅(qū)動沒有重疊區(qū)域，兩個開關(guān)管不可能同時導通

圖3 D=0.5時的驅(qū)動波形

D=0.5時，T1和T2的驅(qū)動信號完全互補，這導致在???? = 0.5時，操作模式將在模式2和模式3之間變化。

圖4 D=0.8時的驅(qū)動波形

D=0.8時，T1和T2兩個開關(guān)管的驅(qū)動存在重疊的區(qū)間，會出現(xiàn)同時導通的情況，以上三種工況模式請查看第一節(jié)。

2.關(guān)鍵器件的電壓電流波形

飛跨電容升壓變換器的典型曲線如圖5所示????=0.2之間。輸入電壓Vin=50V，輸出電壓Vout=62V，飛跨電容的電壓VFC=31V，與理論分析一致，飛跨電容電壓應(yīng)為輸出電壓的一半，仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 輸入電壓、輸出電壓、飛跨電容電壓

由于飛跨電容的存在，電感電流的頻率是開關(guān)頻率的兩倍，這會使電感紋波電流大幅減小，對于降低磁損和輸出母線電容的損耗具有很大的意義，對于減小變換器的體積也有很大的作用。

圖6 電感電流、飛跨電容電壓、飛跨電容電流

3.兩電平Boost與飛跨電容三電平Boost對比

接下來我們把傳統(tǒng)的兩電平Boost變換器仿真和飛跨電容三電平Boost變換器仿真放在一起對比，你會更清楚的看到三電平變換器的優(yōu)點。在此我們假設(shè)兩種拓撲的輸入輸出、電感等完全一致。

圖7 電感電流

對所需升壓電感的研究表明，從兩電平移動到三電平，在紋波電流值不變的情況下，可將電感減少一半，或者在電感值不變的情況下，由于電感電流頻率的額外加倍會使紋波電流減半。

兩電平拓撲升壓電感值計算

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圖8 開關(guān)管電流、電壓

其中T3為傳統(tǒng)兩電平Boost拓撲開關(guān)管，T1、T2為三電平拓撲開關(guān)管。

圖9 輸出電容紋波電流

其中I_Cout1為傳統(tǒng)兩電平紋波電流，I_Cout2為三電平紋波電流。

總結(jié)一下：飛跨電容三電平拓撲的優(yōu)點如下：

1、由于飛跨電容電壓的存在，電感電流被倍頻，紋波電流更??；

2、開關(guān)管電壓應(yīng)力只有傳統(tǒng)兩電平拓撲的一半，尤其對于高壓系統(tǒng)，可以選用耐壓值更低的MOSFET而不是IGBT；

3、開關(guān)管的電壓應(yīng)力以及輸出電容的紋波電流更小。

在仿真過程中，發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象，電感電流一直在波動，請看下圖9，大家可以思考一下，為什么會出現(xiàn)這種情況，下一次推文重點分析這個問題。

圖9 電感電流

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