为了能充分挖掘系统方面的设计优势,以前主要集中在大功率使用的三电平中点钳位(NPC)拓扑线路近年来也逐渐开始出现在中、小功率使用中。低电压元器件不断改进后的频谱特性和更低的开关损耗,可使UPS系统或太阳能逆变器等需用滤波器的设备获益匪浅。至今为止,为了能完成三电平线路,仅有利用选择分立式元器件或至少将3个模块结合在一块。如今,选择针对较高击穿电压的芯片技术,利用将三电平桥臂集成化到独立模块中,另配上驱动电路,就能够使得这类拓扑在新的使用中更具吸引力。
三电平NPC拓扑的原理
在三电平NPC的拓扑中,每一个桥臂由4个带反并二极管的IGBT以串连的形式连接,同时另配上2个二极管DH和DL,将两者之间节点连接到直流母线的中性点。当中所选择的全部功率半导体都具有一样的击穿电压。按照输出电压和电流的特性,一种周期的基频输出有4个不同续流运行状态。
图1.三电平NPC中某一种桥臂的换流回路。a)短换流回路;b)长换流回路
从图1a能够得出,电压和电流处在正方向,T1和DH构成了BUCK线路的工作方式,而T2则以常通的形式输出电流。而电压和电流处在负向期间,T4与DB构成了BOOST线路的工作方式,T3以常通形式输出电流。在以上2种状态下,换流仅有出现在2个元器件中,我们称作短续流。但当输出电流为负向而电压为正向的状态下,经过T3和DB的电流务必如图1b)所示换相至D2和D1。这类换流牵涉到4个元器件,所以称作长换流回路。
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