三電平電路原理及常見的電路拓撲分析

以F3L500R12W3H7器件(NPC2)在100kW PCS的仿真為例，仿真條件為Vdc=1000V，Vac=380V，Fsw=16kHz，Fout=50Hz，在NPC2拓撲中T1/T4為高壓器件，開關損耗較大些，但由於電流路徑上的開關器件數量減少，導通損耗更小，因此NPC2拓撲在中低開關頻率的系統中效率更優。而NPC1拓撲中電流路徑上的器件數量增加，會產生更大的導通損耗，但每個器件只承受半母線電壓，開關損耗大幅降低，因此在高頻時更有優勢。

以Irms=150A，Vdc=730V，PF=1，M=1的工況為例進行仿真，使用相同電流等級，不同耐壓的模塊組成兩電平、NPC1和NPC2拓撲，各拓撲產生的總損耗隨開關頻率變化的曲線如上圖所示，可以看到兩電平拓撲僅在低頻時總損耗較小，NPC1和NPC2拓撲的總損耗在16kHz時存在交叉點，交叉點前NPC2拓撲整體損耗低於NPC1拓撲，效率更優，在交叉點後NPC1拓撲的總損耗的上升速率低於NPC2拓撲，高頻下NPC1拓撲的效率更優，值得注意的是交叉點的頻率也隨應用工況和具體器件特性不同而略有差異。

ANPC在每個模態時的零電平換流有多條路徑可供選擇，根據調製算法的不同分為ANPC-1和ANPC-2以及ANPC-1-00等，三種調製算法的狀態表如下所示。

可以看出在ANPC-1中，採用短換流迴路進行換流，T2和T3以輸出電壓基波分量的頻率進行開關動作，其餘均以開關頻率進行開關動作(表中以深灰色標記)。

在ANPC-2中，採用長換流迴路進行換流，T2和T3以開關頻率進行開關動作，其餘均以輸出電壓基波分量的頻率進行開關動作。

ANPC-1-00是在ANPC-1的基礎上增加了‘0’狀態，此時0+和0-充當P至0和N至0轉換時的中間切換態，ANPC-1-00調製算法通過兩條並聯的換流路徑減小了零電平時的導通損耗，以上不同的調製算法會產生不同的損耗分布。

本文主要和大家討論了三電平逆變器拓撲的優勢、常見三電平拓撲的換流路徑、損耗分布，後續會針對三電平的雙脈衝測試、阻斷態均壓問題、調製策略等內容和大家討論，敬請期待。