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三级飞电容升压器的操作和行为
接线图
2024年10月20日 19:25 61
admin
在此拓扑中，附加电压电平由电容器（即所谓的快速电容器）合成。
图 1：三级飞电容升压器
在快速电容升压器中，由于晶体管控制中的相移，输入频率是开关频率的p倍（p是稍后描述的级数）。
飞电容升压器的换流回路和工作模式
在飞电容升压器中，换向回路包括电容器。从换向的角度来看，电容器可以被认为是零阻抗。它在换向回路中的主要作用是使两个外部半导体相互抵消。有了这个偏移，三电平快速电容升压器可以被视为两个独立的升压器，其中外部的换向回路包括直流母线电容器、外部二极管、快速电容器和外部开关。内部换向回路包括快速电容器、内部二极管和内部开关。两个换向回路如图 2 所示。
一般来说，电压等级的数量理论上是无限的，但实际上使用了三级、四级和五级。 n 电平解决方案中的附加电平可以通过向三电平转换器添加额外的外部换相环路来实现。每个添加的升压器的换向回路将类似于图 2 中的蓝色回路。电压电平的数量可以计算如下：
本文介绍了三级飞电容升压器的操作和行为。其他的解决方案都可以基于本文来实现。
在三电平飞电容升压器的操作中，可以衍生出四种不同的模式。正常工作时，快速电容电压为输出电压的一半，电感电流恒定。在第一种模式下，两个开关都关闭，电流通过两个二极管，它们工作在旁路模式。在此模式下，快速电容器的电压不变，扼流圈的电流减小，输出电压增大。在第二种模式下，下部开关（T27）打开。电流对快速电容器充电，导致其电压增加。第三种模式，内部开关管导通（外部开关管关断），电流通过快速电容，而其电压下降，输出电压升高。在最后一种模式下，两个开关都打开。快速电容器的电压将保持不变，而扼流圈的电流将增加。在第二和第三模式中，电感器电流变化取决于占空比 (D)。操作及其效果如图3和表1所示。
图 3：飞电容升压器的工作模式
模式晶体管电感
电流FC电压直流母线
电压
直径<0.5直径
模式1离开离开减少--增加
模式2离开在增加减少增加减少
模式3在离开增加减少减少增加
模式4在在-增加-减少
表 1：输出和 FC 电压状态
使用的模式取决于占空比。如果，那么。在这种情况下，不使用模式 4，操作将如下： … → 模式 1 → 模式 2 → 模式 1 → 模式 3 → … 如果 > 0.5，则 y > 2 ，操作将是： … → 模式 4 → 模式 2 → 模式 4 → 模式 3 → … 当 D = 0.5，y > 2 时，操作： … → 模式 2 → 模式 3 → 模式 2 → 模式 3 → …
最常用的运算是当小于0.5时。
飞电容升压器的操作
在飞电容升压器拓扑中，两个晶体管必须通过 180° 相移进行控制（图 4）。
图 5：典型曲线 a、栅极信号 b、输出、输入和 FC+ 电压 c、飞电容电压和电感电流 d、飞电容电流 e、二极管电流 f、晶体管的电流
飞电容升压器的优点
与升压拓扑相比，飞电容升压拓扑具有以下优点： ? 由于工作是三电平的，因此半导体上的电压应力降低。这样可以降低 EMI、电流和电压纹波。
飞跨电容升压拓扑与对称升压拓扑相比，具有以下优点： ? 具有两级输入和输出连接，第三级电压由飞跨电容合成。这样就可以消除输入和输出上的大三级电容器。 ? 仅需要一个输入电抗器。
在这两种情况下，输入频率都是开关频率的两倍。这会导致较低的输入纹波电流或可以降低电感。由于双倍频率，可以使用速度较慢的半导体，从而降低成本，同时开关损耗也更低。这意味着为了实现最佳性能，不需要 SiC MOSFET，但可以使用 Si IGBT。
在三电平情况下，飞跨电容的电压是输出电压的一半。电容可以在正负方向上抵消输出电压V_DC/2。三电平飞电容升压器如图1所示。
图 1：三级飞电容升压器
在快速电容升压器中，由于晶体管控制中的相移，输入频率是开关频率的p倍（p是稍后描述的级数）。
飞电容升压器的换流回路和工作模式
在飞电容升压器中，换向回路包括电容器。从换向的角度来看，电容器可以被认为是零阻抗。它在换向回路中的主要作用是使两个外部半导体相互抵消。有了这个偏移，三电平快速电容升压器可以被视为两个独立的升压器，其中外部的换向回路包括直流母线电容器、外部二极管、快速电容器和外部开关。内部换向回路包括快速电容器、内部二极管和内部开关。两个换向回路如图 2 所示。
两个通信循环
一般来说，电压等级的数量理论上是无限的，但实际上使用了三级、四级和五级。 n 电平解决方案中的附加电平可以通过向三电平转换器添加额外的外部换相环路来实现。每个添加的升压器的换向回路将类似于图 2 中的蓝色回路。电压电平的数量可以计算如下：
n级别=p+1
其中 p 是换向回路（增强器）的数量。电容器的电压可由下式计算：
VFC,i=VDC?(1?i?1p)
其中 i 是给定换向单元的数量。第一个循环始终指的是最外层循环。本文介绍了三级飞电容升压器的操作和行为。其他的解决方案都可以基于本文来实现。
在三电平飞电容升压器的操作中，可以衍生出四种不同的模式。正常工作时，快速电容电压为输出电压的一半，电感电流恒定。在第一种模式下，两个开关都关闭，电流通过两个二极管，它们工作在旁路模式。在此模式下，快速电容器的电压不变，扼流圈的电流减小，输出电压增大。在第二种模式下，下部开关（T27）打开。电流对快速电容器充电，导致其电压增加。第三种模式，内部开关管导通（外部开关管关断），电流通过快速电容，而其电压下降，输出电压升高。在最后一种模式下，两个开关都打开。快速电容器的电压将保持不变，而扼流圈的电流将增加。在第二和第三模式中，电感器电流变化取决于占空比 (D)。操作及其效果如图3和表1所示。
图 3：飞电容升压器的工作模式
模式晶体管电感
电流FC电压直流母线
电压
直径<0.5直径
模式1离开离开减少--增加
模式2离开在增加减少增加减少
模式3在离开增加减少减少增加
模式4在在-增加-减少
表 1：输出和 FC 电压状态
飞电容升压器的传递函数 (y) 如下：
y=VOUTVIN=11?D
其中 是占空比。使用的模式取决于占空比。如果，那么。在这种情况下，不使用模式 4，操作将如下： … → 模式 1 → 模式 2 → 模式 1 → 模式 3 → … 如果 > 0.5，则 y > 2 ，操作将是： … → 模式 4 → 模式 2 → 模式 4 → 模式 3 → … 当 D = 0.5，y > 2 时，操作： … → 模式 2 → 模式 3 → 模式 2 → 模式 3 → …
最常用的运算是当小于0.5时。
飞电容升压器的操作
在飞电容升压器拓扑中，两个晶体管必须通过 180° 相移进行控制（图 4）。
的参考和调制信号
这导致在 D = 0.5 的情况下，工作模式将在模式 2 和模式 3 之间变化。在 D = 0.2 的情况下，飞跨电容升压器的典型曲线如图 5 所示。
图 5：典型曲线 a、栅极信号 b、输出、输入和 FC+ 电压 c、飞电容电压和电感电流 d、飞电容电流 e、二极管电流 f、晶体管的电流
飞电容升压器的优点
与升压拓扑相比，飞电容升压拓扑具有以下优点： ? 由于工作是三电平的，因此半导体上的电压应力降低。这样可以降低 EMI、电流和电压纹波。
飞跨电容升压拓扑与对称升压拓扑相比，具有以下优点： ? 具有两级输入和输出连接，第三级电压由飞跨电容合成。这样就可以消除输入和输出上的大三级电容器。 ? 仅需要一个输入电抗器。
在这两种情况下，输入频率都是开关频率的两倍。这会导致较低的输入纹波电流或可以降低电感。由于双倍频率，可以使用速度较慢的半导体，从而降低成本，同时开关损耗也更低。这意味着为了实现最佳性能，不需要 SiC MOSFET，但可以使用 Si IGBT。
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