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近年来，随着光伏逆变器以及储能行业的热度持续高涨，人们对高效太阳能逆变器、PCS等功率变换的需求越来越大，但低成本、高效率的解决方案是所有厂家永恒的追求。为了实现这一目标，不仅逆变器，连DCDC级的拓扑（例如MPPT电路）都必须是低成本和高效的。在传统的DCDC变换电路中，隔离拓扑大家通常选用LLC、移相全桥等实现开关管的软开关降低损耗，提升效率，而非隔离直流变换拓扑大部分都采用传统的两电平Buck或Boost拓扑，或者采用多相交错减小电流纹波，或者采用DCM模式实现部分开关管的软开关提升效率，但是效果终究是有瓶颈的。
最近几年，越来越多的光伏产品开始选择使用三电平直流变换拓扑，三电平拓扑是什么？相比于两电平来说到底有哪些优势？在查阅众多资料后，小编尝试分期给大家进行介绍。
两电平和三电平的升压变换器通常用于光伏逆变器。相比于两电平的方案，三电平拓扑的解决方案能够降低半导体器件的电压应力和输出电压纹波，因此可以减小电感器的尺寸。由于三电平拓扑在运行时，开关电压电平是直流母线电压的一半，因此可以使用开关速度更快、成本更低的低压半导体。
1. 什么是三电平拓扑？
想要明白三电平拓扑，那还得从大家熟知的两电平拓扑说起，在之前的文章中【Monster学电子】开关电源必会拓扑-Boost，我们曾经介绍过两电平Boost拓扑的基本工作原理和关键器件参数的分析。在工作过程中，不论是Boost电路的下管还是上管，在开关管闭合时，电压应力都接近于0V，在断开时，电压应力都接近于输出电压Vout，开关管源极和漏极的电压只有两种电压模式，即0V和Vout，这就是为什么把传统的DCDC拓扑称为两电平的原因。
2. 飞跨电容升压拓扑详细分析
在飞跨电容升压变换器中，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，三电平飞跨电容升压变换器可以被视为两个独立的升压变换器，其中外部的换向回路包括直流母线电容、外部二极管、飞跨电容器和外部开关。内部换向回路包括飞跨电容器、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，电压电平的数量理论上是无限的，但在实际中使用了三个、四个或五个电平。n电平解决方案中的附加电平可以通过在三电平转换器中添加额外的外部换相环路来实现。每个增加的升压变换器的换向回路将类似于图2上的绿色回路。电压电平的数量可以计算如下：
a 是换向回路的个数，飞跨电容的电压可以用下式计算：
b 是给定的换向单元的数量，第一个回路通常指最外层的回路。
在三电平飞跨电容升压变换器的工作中，有四种不同的模式。在正常运行过程中，飞跨电容的电压是输出电压的一半，并且电感电流是连续的。
在第一种模式中，两个开关管（T1、T2）都断开，电流通过两个二极管，工作于续流模式。在这种模式下，飞跨电容的电压不变，电感电流减小，输出电压增大。
如果𝐷 < 0.5，在这种情况下，不存在模式4，运行如下：
…→模式1→模式2→模式1→模式3→…
如果𝐷 > 0.5，运行将是：
…→模式4→模式2→模式4→模式3→…
如果𝐷 = 0.5：
…→模式2→模式3→模式2→模式3→…
最常用的模式是当𝐷＜0.5
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