Vidēja-augsta sprieguma jaudas elektronisko transformatoru topoloģijas un vadības pielietojumu apskats III

3.3 Sasprausta daudzlīmeņu topoloģija

Attēlā redzama neitrālā punkta nostiprinātā (NPC) daudzlīmeņu topoloģija. Papildus diodes nostiprinātajai NPC topoloģijai, NPC topoloģijās ietilpst arī lidojošā kondensatora tips un hibrīda nostiprinātais tips. Tomēr lielā kondensatora tilpuma dēļ NPC topoloģijās nostiprināšanai joprojām galvenokārt tiek izmantotas pasīvas vai aktīvas komutācijas ierīces. Ņemot par piemēru diodes nostiprināto daudzlīmeņu topoloģiju, trīsfāžu taisngrieža pakāpju topoloģijā katrs fāzes posms sastāv no kaskādes komutācijas tranzistoriem un nostiprināšanas diodēm, kas paralēli savienotas ar vienu augstsprieguma līdzstrāvas kopni. Literatūrā ir ierosināta vienfāzes PET topoloģija ar taisngrieža pakāpi, izmantojot četru līmeņu diodes nostiprinātu ķēdi. Vienai augstsprieguma līdzstrāvas kopnei seko ieejas-sērijas-izejas-paralēli DAB, kā parādīts attēlā. Šo topoloģiju var paplašināt līdz trīsfāžu struktūrai, un sprieguma līmeņu skaitu var mainīt, pamatojoties uz ierīces izturības sprieguma līmeņiem un augstsprieguma puses sprieguma līmeni. Tāpat kā MMC topoloģiju, NPC topoloģiju var pielietot arī izolācijas pakāpē, savienojot augstsprieguma līdzstrāvas kopni ar Izolācijas transformators, kā parādīts attēlā. Literatūrā trīs līmeņu diodes fiksācijas NPC pārveidotājs tika pielietots LLC rezonanses pārveidotāja augstsprieguma pusē, pārbaudot to ar 166 kW/2 kV ~ 400 V prototipu. Literatūrā trīs līmeņu diodes fiksācijas NPC shēma tika pielietota trīsfāžu DAB, panākot ideālas DAB sprieguma un strāvas raksturlielumus.

Ja kā taisngrieža pakāpi izmanto NPC topoloģiju, tai nav nepieciešamas izolētas līdzstrāvas kopnes, tādējādi samazinot izolācijas pakāpes transformatoru skaitu. Turklāt trīsfāžu struktūrās kopnē nav divkāršas līnijas frekvences sprieguma pulsācijas. Tomēr, tā kā iespīlētajai topoloģijai ir nepieciešams liels skaits iespīlēšanas ierīču, iespīlēšanas ierīču skaits palielinās, palielinoties līmeņu skaitam, apgrūtinot līmeņu paplašināšanu un redundanci. Vadības ziņā strāvas, kas plūst katrā NPC pārveidotāja kopnes kondensatorā, ir atšķirīgas, kas noved pie kondensatora sprieguma nelīdzsvarotības. NPC topoloģijām, kas pārsniedz trīs līmeņus, nav efektīva sprieguma balansēšanas algoritma. Turklāt slēdžu nekonsekventais darbības laiks roku iekšpusē un ārpusē noved pie nevienmērīgas sildīšanas, ko var atrisināt tikai mainot kopējo ķēdes topoloģiju.

Daudzās grūtības, ko rada līmeņu paplašināšana, nozīmē, ka NPC topoloģijas var pielietot tikai vidēja/augsta sprieguma līmeņos, izmantojot ierīču virknes savienojumu vai augstsprieguma SiC ierīces. Tomēr zemākos sprieguma līmeņos, salīdzinot ar viena H-tilta topoloģiju, trīs līmeņu NPC ir tikai puse no sprieguma izturības un sprieguma slodzes uz katru komutācijas tranzistoru, vienlaikus izvadot vairāk sprieguma līmeņu, kā rezultātā ir zemākas izejas filtrēšanas prasības. Tam ir ievērojamas pielietojuma priekšrocības kā invertora pakāpei PET zemsprieguma pusē. Piemēram, literatūrā trīs līmeņu diodes fiksācijas NPC tika izmantots kā PET invertora pakāpe, lai darbinātu trīsfāžu motoru, veicot eksperimentālu pārbaudi un panākot labu motora piedziņas veiktspēju un trokšņa līmeni.