当前，两电平逆变拓扑凭借结构与控制逻辑相对简洁、功率器件用量更少的优势，长期以来备受主流车企青睐。不过，两电平拓扑采用硬开关工作模式，存在开关损耗偏高的问题。同时，其输出电压仅包含VDC/2和- VDC/2两档电平，不仅导致输出电压与电流的谐波分量偏高，还会加剧永磁同步电机的铁心损耗等谐波损耗，最终造成整车系统效率下降，进而制约了新能源汽车续航里程的突破。
相比之下，三电平拓扑的技术优势更为突出：其是在两电平拓扑的基础上新增0电平设计（中点电压），多出来的中点电压也使输出波形更逼近正弦波，既能有效抑制输出谐波分量，又能降低电机因谐波产生的额外损耗，从而为整车续航里程提升提供核心支撑。
上述只是简单概括了一下三电平的整体优势，具体应用在新能源主驱逆变里到底有哪些实质性的改善？本期内容就来看看三电平当前的推进情况。
01.
不止于多一个电平的技术优势
目前，新能源汽车常用的电机控制器系统多为两电平结构。其由六个功率器件构成逆变器的三组上下桥臂，各桥臂两端分别与控制器母线电容及车辆电池组并联，三组桥臂的中点则对应连接至电机的a相、b相及c相绕组。在这一拓扑架构下，电机线电压可控制为高电平与低电平，若以直流母线中点为参考，则相电压表现为正电平、负电平，故称两电平电机控制器系统。
三电平顾名思义输出电压有三种，分别为±VDC/2和0。相比传统两电平技术，三电平拓扑的功率器件电压应力仅为母线电压的1/2，可适配更高电压等级。同时输出电压波形更接近正弦波，谐波畸变率（THD）更低，无需额外增加滤波装置即可满足电机驱动、电网接入的要求，兼具高效、低噪、小型化特点。
新能源汽车领域主流采用“中性点钳位型（NPC）三电平”，此外还有飞跨电容型（FC）、T型三电平（TNPC）等变体，其中T型三电平因开关损耗更低，更适配 SiC 器件的高频工作特性，逐步成为高端电驱系统的优选方案。
图片来源：电力电子电机硕博士团队
T型三电平拓扑具备显著的结构优越性，既继承了三电平结构低电压谐波、低开关损耗的核心特性，还通过精简开关器件数量、缩小电感体积，有效提升了系统功率密度。然而，传统硅基（Si）功率器件构成的T型三电平换流器在高频场景下，仍面临导通损耗偏高、开关速度受限、内外管器件损耗不均、热应力不一致等突出问题，严重制约了系统效率与运行可靠性。因此，如何优化T型三电平拓扑性能，进一步提升系统效率与功率密度，已成为当前研究的核心方向。
近年来，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的第三代宽禁带半导体材料，凭借其卓越的电气性能，已逐步成为行业研究热点。其中SiC器件具备高击穿电压与低开关损耗特性，适配高电压、大功率应用场景。GaN器件则以极低导通压降、超快开关速度的优势，在高频领域展现出突出性能。若将SiC与GaN异质器件进行混合应用，可有效突破传统硅基功率器件的性能瓶颈，实现更高开关频率与更低损耗，进而全面提升换流器整体性能。
三电平对新能源车的好处主要有以下四个方面：
◎首先，通过三电平逆变器将动力电池产生的直流电转换为交流电，逆变器输出的电平数量增加，输出电压波形可以通过多电平合成阶梯波逼近正弦波，显著减少谐波含量，降低总谐波畸变率。
◎此外，三电平可以使开关过程中的电压变化率大幅减小，抑制浪涌电压和谐波电流，改善电机控制器抗干扰能力。
◎其次，三电平输出的PWM波形更平滑，纹波电流幅值低，可以降低电机损耗和电磁干扰。
◎而且，三电平采用优化的多电平控制策略，开关应力仅为两电平的二分之一，能够降低开关损耗和导通损耗，能量转换效率更高。而且，母线电压利用率高，相同功率下输出电流更小，降低线缆成本和能耗。例如直流母线电压为1000V时，三电平开关管耐压500V即可。
然而，当前三电平拓扑结构还存在如下缺点。需要中点电压平衡策略，以实时平衡两个直流电容的电压。充电时，相比传统两电平无明显优势。
三电平逆变器的直流母线通常由两个串联的分压电容组成（记为C1、C2），两者的连接点即为“中点”。理想状态下，中点电位应稳定在直流母线电压的1/2（即 VDC/2），此时C1、C2两端电压均为VDC/2，逆变器输出的三电平（+VDC/2、0、-VDC/2）波形对称，谐波含量最低。
而“中点电压偏差”，本质是中点电位偏离了VDC/2，导致C1电压≠C2电压（如C1过压、C2欠压，或反之），进而引发后续一系列问题。三电平逆变器的中点电流平衡，依赖于分压电容参数一致和三相桥臂功率器件特性对称，一旦出现差异，就会打破电荷平衡。然而在硬件上增加中点电压平衡系统从成本考虑不太可行，多数企业的解决方案是通过软件的手段实现中点电压的平衡。
02.
谁在领跑三电平落地
当前行业主流功率模块仍仅支持两电平拓扑应用——三电平拓扑需额外增设功率端子，这使得传统功率模块的封装设计难以适配，成为其规模化落地的关键瓶颈之一。
现阶段，三电平功率模块大部分产品尚处于样品研发阶段，距离大规模量产仍有较大差距。三电平拓扑结构比两电平更复杂，每个半桥需额外增加2个开关。若采用普通HPD封装（通过bonding线或Cu -Clip互联），难以实现换流路径最优化与开关结构对称性。
赛米控丹佛斯的eMPack ® 三电平版本采用柔性层技术，可直接在需互联的芯片上进行柔性层layout布局，能轻松兼容芯片并联，同时适配三电平复杂拓扑的实现。其每个开关回路电感约8nH。而采用HPD封装（bonding 线 / Cu -Clip 互联）时，回路电感可能达到20 nH甚至更高，性能差距显著。
富士电机PCIM展出了M1206三电平碳化硅模块，预计2026年先在欧洲启动量产。hofer这边其实5年前就做了基础性探索，基于NPC的IGBT碳化硅拓扑都做了A样。当前主要是做基于TNPC碳化硅拓扑的解决方案，联合VisIC开发三电平NPC氮化镓功率模块。
2025年上海车展期间，长安汽车展示的三电平逆变砖，兼容IGBT/SiC混合模块或SiC模块。吉利展出的基于SiC的三电平技术，拥有塑封模块和T-pak单管两种封装形式。联合汽车电子此前也重点展示了其T型三电平电机控制器。
总结.
在汽车产业向高电压、大功率方向加速迭代演进的当下，三电平逆变器凭借输出容量大、电压等级高、电流谐波畸变率低等核心技术优势，为新能源汽车的长续航能力与高性能表现筑牢了关键技术支撑。
沪公网安备31010702008139