电压源高频链三电平逆变器的研究(7)
2.2三电平逆变器电路拓扑和工作原理
多电平逆变技术自20世纪80年代发展至今，己经在拓扑结构方面出现了多个分支。目前所见到的多电平逆变器，主要有三类基本拓扑结构:二极管籍位型多电平逆变器(Diode-clamped multilevel inverter)、飞跨电容型多电平逆变器(Flying-capacitor multilevel inverter)和级联型多电平逆变器 (Cascaded multilevel inverter)。
二极管箱位型、飞跨电容型多电平逆变器适用于高输入电压大功率变换场合，而级联型多电平逆变器适用于低输入高输出的电压大功率场合。多电平不需要变压器，只用低频功率开关器件就可以实现高压输入、高压输出和低输出谐波的大功率变换。
2.2.1二极管箱位型三电平逆变器
二极管箱位型三电平逆变器的电路结构首先由A.Nabae等人在1980年的IAS年会上提出的，这种电路通过多个功率器件串联，按一定的开关逻辑产生所需要的电平数，在输出端合成相应的正弦波。
拓扑结构与工作原理
图2-1所示为二极管箱位型三电平逆变器的主电路结构。三电平NPC逆变器的直流侧由两个相同的串联电容组成，每相桥臂都由四个主功率开关管、四个续流二极管和两个中点籍位二极管组成。每个开关管在工作过程中可能承受的最高电压只有两电平的一半，因此三电平逆变器可以大大降低开关器件的电压应力，满足高压逆变的要求。电路中箱位二极管的作用是把桥臂上与其相连的点上的电位箱到零位，也就是直流电压的中点电位。
图2-1 二极管嵌位型三电平逆变器主电路结构拓扑
三电平逆变器的每相桥臂的四个开关器件组合，一共可以得到16种开关状态，但有效状态只有三种。定义三态开关变量 、 、 分别表示各桥臂的三种开关状态。以A相为例，分析图2-1所示三电平逆变器主电路的工作情况，用变量凡表示A相的开关状态。
A相桥臂共有三个工作状态，输出三种电平：
(1)当开关管 、 导通， 、 关断时，输出电压A直接与直流电压的正极P端相连，若电流方向为正，则电流从P点流经 ，和 达A点，忽略开关器件的正向导通压降后，输出端A点的电位等三电平逆变器拓扑结杜同于P点电位。若电流方向为负，则电流从A点经过续流二极管 和 ，流进P点，此时输出端A点的电位仍等同于P点电位。这种状态定义为“1”态，即 ，此时 。