ZHCAC32 September 2020
#GUID-ADBBEFDB-D300-49F2-ABB0-036F84EF76FC 所示為中性點鉗位 轉換器的基本拓撲。這與之前看到的單相 NPC 多級拓撲類似,該拓撲已擴展到三個相位,在這三個相位中,該拓撲的所有開關只需阻斷一半的總線電壓即可。因此,在目前討論的所有拓撲中,器件上的電壓應力最低。因此,可以根據功率級別、成本和目標效率,在多個平臺之間輕松擴展此拓撲,以便使用 SiC、GaN 和 Si MOSFET 實現。
圖 3-6 三相三級 NPC. 由于只需切換一半的電壓,這也將 MOSFET 中的開關損耗減少了一半,因此可以使用 600V 元件而不是 1200V 類型。除此之外,在 600V 技術中,元件的可用速度比 1200V 快得多。這可進一步降低開關損耗。中性點鉗位 拓撲將具有較低的輸出電流紋波和一半的輸出電壓瞬態。這將減少濾波電感器中的濾波和隔離工作。因此,我們可以實現高功率密度,同時降低調節電流波形 THD 所需的電感。多級轉換器不僅會產生干擾非常小的輸出電壓,還可以更大限度地減小器件上的 dv/dt 應力,從而減少電磁干擾 (EMI) 問題。此外,由于開關損耗更小且效率更高,此拓撲還提供雙向功率傳輸,是高于 50kHz 開關頻率的首選。
一個特殊的缺點是需要大量的功率半導體開關。盡管額定電壓較低的開關可用于多級轉換器,但每個開關都需要一個連接的柵極驅動電路,而且隨著器件數量的增加,控制也變得非常復雜。由于此拓撲同時使用有源半導體開關和二極管,因此它們在功率級和熱管理中的不對稱損耗分布可能非常具有挑戰性。在許多情況下,為了實現更對稱的損耗分布,NPC 拓撲的二極管被有源開關所取代。這將產生有源中性點鉗位 (ANPC) 轉換器拓撲,如#GUID-A850324F-E470-46A6-AAF1-84E54EE89E29 所示。此外,由于所有開關上的阻斷電壓降低,因此氮化鎵 (GaN) 可用于此拓撲中的高頻開關,從而提高轉換器的效率和功率密度。
圖 3-7 三相三級 ANPC.