上一期我们介绍了为什么要用三电平拓扑，以及飞跨电容三电平拓扑基本的工作原理，请查看三电平拓扑1—为什么要用三电平拓扑？
本期逐步深入分析，对飞跨电容三电平拓扑进行简单的仿真，看看各部分的波形是否和理论分析的一致。
1.驱动信号
在飞跨电容升压变换器中，两个晶体管驱动相位相差180°，根据MCU发波原理，在此处我们选择30kHz的载波进行仿真说明，载波如图1所示。
图1 驱动信号载波
上一节了解到，占空比D＜0.5，D＝0.5和D＞0.5分别处于不同的工作模式，我们首先看一下这三种情况下的驱动波形。
图2 D=0.2时的驱动波形
D=0.2时，很明显T1和T2的驱动没有重叠区域，两个开关管不可能同时导通
图3 D=0.5时的驱动波形
D=0.5时，T1和T2的驱动信号完全互补，这导致在???? = 0.5时，操作模式将在模式2和模式3之间变化。
图4 D=0.8时的驱动波形
D=0.8时，T1和T2两个开关管的驱动存在重叠的区间，会出现同时导通的情况，以上三种工况模式请查看第一节。
2.关键器件的电压电流波形
飞跨电容升压变换器的典型曲线如图5所示????=0.2之间。输入电压Vin=50V，输出电压Vout=62V，飞跨电容的电压VFC=31V，与理论分析一致，飞跨电容电压应为输出电压的一半，仿真结果如图5所示。
图5 输入电压、输出电压、飞跨电容电压
由于飞跨电容的存在，电感电流的频率是开关频率的两倍，这会使电感纹波电流大幅减小，对于降低磁损和输出母线电容的损耗具有很大的意义，对于减小变换器的体积也有很大的作用。
图6 电感电流、飞跨电容电压、飞跨电容电流
3.两电平Boost与飞跨电容三电平Boost对比
接下来我们把传统的两电平Boost变换器仿真和飞跨电容三电平Boost变换器仿真放在一起对比，你会更清楚的看到三电平变换器的优点。在此我们假设两种拓扑的输入输出、电感等完全一致。
图7 电感电流
对所需升压电感的研究表明，从两电平移动到三电平，在纹波电流值不变的情况下，可将电感减少一半，或者在电感值不变的情况下，由于电感电流频率的额外加倍会使纹波电流减半。
两电平拓扑升压电感值计算
从两电平变为三电平会将电感两端的电压降低到一半值：
图8 开关管电流、电压
其中T3为传统两电平Boost拓扑开关管，T1、T2为三电平拓扑开关管。
图9 输出电容纹波电流
其中I_Cout1为传统两电平纹波电流，I_Cout2为三电平纹波电流。
总结一下：飞跨电容三电平拓扑的优点如下：
1、由于飞跨电容电压的存在，电感电流被倍频，纹波电流更小；
2、开关管电压应力只有传统两电平拓扑的一半，尤其对于高压系统，可以选用耐压值更低的MOSFET而不是IGBT；
3、开关管的电压应力以及输出电容的纹波电流更小。
在仿真过程中，发现一个奇怪的现象，电感电流一直在波动，请看下图9，大家可以思考一下，为什么会出现这种情况，下一次推文重点分析这个问题。
图9 电感电流
免责声明：本文素材来源于网络，免费传达知识，素材版权归原作者所有；文中观点仅供分享交流，不代表本公众号立场，转载请注明出处，如涉及版权等问题，请您告知，我们将及时处理。