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来源：《机电信息》2020年第15期
摘 要：三电平变换器具有降低开关管的电压应力，改善输出滤波器工作条件的优势。现针对三电平Buck变换器进行了详细分析，阐述了系统的工作原理、参数设计和外特性，为验证三电平Buck变换器的工作原理以及参数设定，利用SABER仿真软件进行仿真，并对仿真结果进行了分析。 关键词：三电平Buck变换器;工作原理;参数设定;SABER仿真北京杂谈
0 引言
开关电源技术是一种结合了电力变化、现代电子、自动控制等多种学科的新型技术，而开关电源的核心就是直流变换器。直流变换器将输入的直流电压，利用高频斩波或高频逆变后，通过整流和滤波环节，转换成人们所需要的直流电压。同时，由于直流变换器在开关电源领域的重要性和对其未来发展的期望，人们对其性能、重量、体积等各个方面提出了更高的要求[1-3]。
三电平变换器最大的优点是可以降低开关管的电压应力，因此适用于输入或输出电压较高的场合。而有部分变换器还可以大大减小储能元件，如滤波电感、电容的大小，从而改善变换器的性能，减小设备体积和重量[4-5]。
本文主要介绍和分析了三电平Buck变换器（Buck TL）的工作原理，并通过对Buck TL变换器的仿真分析来验证其工作特性。
1 Buck TL工作原理
Buck TL变换器结构如图1所示，其中Cd1和Cd2为两个容量相等且容量很大的分压电
容，故而两者所分担电压均为输入电压的一半，即VCdl=VCd2=Vin/2。Q1、Q2是两只参数相同的开关管，D1和D2为续流二极管，Lf与Cf分别为滤波电感和滤波电容，Rf是负载。
Q1和Q2采取交错控制，即开关信号相差180°相角。当开关管的占空比大于0.5时，Rf上的电压为三电平波形，Buck TL变换器工作在三电平模式;当开关管的占空比小于0.5时，工作在两电平模式。因此下面对两种情况分别分析。在分析之前，作如下假设：（1）所有器件均为理想器件;（2）Cd1=Cd2且足够大，各自保持Vin/2，可看做独立的电压源;（3）输出电容足够大。
1.1 占空比大于0.5时
图2为D>0.5时的主要波形。
帝京景物略 由图2可知，在一个周期T内，Buck TL变换器工作在4种不同的状态，如图3所示。
1.1.1 阶段l[t0，tl]
如图3（a）所示，在此阶段内，Q1与Q2均开通，滤波器上电压为Vin，D1和D2上的电压均为输入电压的一半，滤波电感Lf的电流线性增加。其电流变化为： iLf（t）=iLf（tl）+（t-t0） （1）
1.1.2 阶段2[tl，t2]
如图3（b）所示，t1时Q1关断，Q2保持开通，D1导通。此时有VAB=Vin/2，Q1和D2上电压为Vin/2;滤波电感电流Lf电流线性下降。
新技术 iLf（t）=iLf（tl）+（t-t1） （2）
jesscadrake2018 1.1.3 阶段3[t2，t3]
t2时开通Ql，Q2继续导通，进入阶段3。阶段3与阶段1相同，如图3（a）所示。
1.1.4 阶段4[t3，t4]
t3时关断Q2，Ql保持开通，D2导通，进入阶段4，等效电路如图3（c）所示。电路工作情况同阶段2相同。
由其主要波形图可知：
Vo= vabdt
=Vin[（t1-t0）+（t3-t2）]
+[（t2-t1）+（t4-t3）]
=Vin·
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（2Toff）
=D·Vin （3）
ΔILf_H=ILf max_H-ILf min_H
=ILf （t1）-ILf （t0）
=（t1-t0）
= （4）
Io=（ILf max_H+ILf min_H） （5）
式中，Ts为开关管的工作周期，Ts=1/fs，fs是開关管的导通频率;Ton为开关管的导通时间;Toff为开关管的关断时间;D定义为开关管的占空比，D=Ton/Ts;ΔILf_H、ILf max_H和ILf min_H分别为D>0.5时的电感电流脉动值、电感电流最大值和最小值。
灌水定额
