三電平逆變電路原理,三電平逆變器拓撲-KIA MOS管

三電平逆變電路原理

三電平逆變電路主要用于高壓、大功率場合，原理是通過特定的拓撲結(jié)構(gòu)和開關(guān)控制，使輸出電壓波形更接近正弦波，從而降低諧波、減少開關(guān)損耗，并允許使用耐壓較低的器件。

工作原理

常見的三電平逆變器拓撲是中性點箝位型（Neutral Point Clamped，NPC）。該結(jié)構(gòu)在每個橋臂上使用4個電力電子開關(guān)器件（如IGBT)和2個箝位二極管，連接在兩個串聯(lián)的直流分壓電容（C1=C2)之間。這種設(shè)計使得每個開關(guān)器件承受的電壓應(yīng)力僅為直流母線電壓的一半，從而降低了對器件耐壓的要求。

通過控制不同開關(guān)器件的通斷組合，可以在輸出端產(chǎn)生三種不同的電平狀態(tài)：+Udc/2、0、-Udc/2（其中Udc為直流母線總電壓）。

+Udc/2電平：通過導(dǎo)通特定的開關(guān)管，將輸出端連接到正直流母線與中點之間的電壓點。

0電平：通過導(dǎo)通特定的開關(guān)管，將輸出端連接到中點電位。

-Udc/2電平：通過導(dǎo)通特定的開關(guān)管，將輸出端連接到負直流母線與中點之間的電壓點。

三電平逆變器拓撲

NPC中性點箝位逆變器

三電平逆變電路

這個是一個多電平拓撲，這個拓撲中所有開關(guān)都是額定電壓設(shè)在一半的總線電壓，器件的電壓應(yīng)力比較低，因此功率器件開關(guān)損耗也相對較低，所以在NPC拓撲中，對于800V-1000V的總線電壓，可以使用650V-700V等級的器件，相比1200V器件可以達到更低的開關(guān)損耗。

NPC拓撲的輸出電流紋波較小，這會優(yōu)化輸出濾波電感的大小，用較小的電感維持相應(yīng)的THD, 拓撲不僅可以產(chǎn)生較小畸變的輸出電壓，同時可以最小化開關(guān)器件的dv/dt電壓應(yīng)力，從而減小EMI.

這個拓撲提供了功率的雙向傳輸，當(dāng)開關(guān)頻率高于50kHz時是更好的選擇，因為其低的開關(guān)損耗和較高的效率。雖然控制上比較復(fù)雜，但是此拓撲改善了功率密度和效率等特性。作為一個雙向DC/AC拓撲，它非常適合儲能逆變器及光儲系統(tǒng)中的逆變部分。

除了上述優(yōu)勢之外，其缺點也顯而易見，比如開關(guān)器件較多，同時對應(yīng)的門級驅(qū)動器也較多。由于使用了功率二極管，所以其熱分布不均勻，熱管理也是一個挑戰(zhàn)。

ANPC有源中性點箝位逆變器

三電平逆變電路

相對于NPC拓撲而言，如上圖所示，ANPC逆變器是一個NPC逆變器的改善版本，NPC拓撲中的二極管在這個拓撲中變?yōu)榱擞性撮_關(guān)。這樣的變化，使得系統(tǒng)可以得到更一致的損耗分布，使得熱管理更容易，開關(guān)的導(dǎo)通電壓可以減小，改善了效率和功率密度。ANPC拓撲的其余部分和NPC基本一致。

ANPC的三相逆變器拓撲架構(gòu)圖

三電平逆變電路