根据图 2-1 可知,每个相位都实现了四个开关(S1、S2、S3 和 S4)。在此拓扑中,每个 FET 的额定电压均为直流链路电压的一半。虽然可以有各种开关方案来控制该功率级,但应选择更简单的方案以降低复杂性。在此设计中,所有晶体管都以标称频率 fSW 进行开关。需要为每个 FET 定义死区时间、载波和占空比:
- 开关对 S1 和 S4 以及 S2 和 S3 可互补切换。每个开关单元需要两对死区时间。如果 S1 和 S4 彼此不互补,则存在 CDC 短路的风险,从而在 S2 和 S3 上造成严重的过电流和过电压。如果 S2 和 S3 不互补切换,则存在 CFC 短路的风险,从而在 S1 和 S4 上造成严重的过电流加过电压。
- S1 和 S4 以及 S2 和 S3 信号彼此之间存在 180 度相移。由于这种相移,开关节点电感器可看到两倍的开关频率,因此所需的电感值更小。
- 在进行初步近似时,应用于两个 PWM 对的占空比将是相同的。占空比指的是 VSW 和 VDC 之间的比率。
研究了开关单元的三个不同工作点。占空比被定义为 S1 和 S2 的导通时间:
- 当占空比大于 50% 时,S1 和 S2 处于导通状态的时间比 S3 和 S4 更长。当存在 1000V 直流链路时,输出开关电压在 500V 和 1000V 之间切换。
- 当占空比低于 50% 时,S3 和 S4 比 S1 和 S2 处于导通状态的时间更长。当存在 1000V 直流链路时,输出开关电压在 0V 和 500V 电平之间切换。
- 当请求的占空比等于 50% 时,四个开关处于导通状态的时间都将为开关时间的 50%。在初步估计时,输出开关节点电压将固定为 500V。
有关三电平飞跨电容器转换器的开关模式图,请参阅 TIDA-010957 设计指南的第 2.2.1 节。