Vidutinės ir aukštos įtampos galios elektroninių transformatorių topologijos ir valdymo taikymų apžvalga III

3.3 Užspausta daugiapakopė topologija

Parodyta daugiapakopė neutralaus taško fiksuojama (NPC) topologija. Be diodinės fiksuojamos NPC topologijos, NPC topologijos taip pat apima skraidančio kondensatoriaus tipo ir hibridinio fiksuojamo tipo topologijas. Tačiau dėl didelio kondensatoriaus tūrio NPC topologijos vis dar dažniausiai naudoja pasyvius arba aktyvius perjungimo įrenginius fiksavimui. Pavyzdžiui, diodinėje fiksuojamoje daugiapakopėje topologijoje trifazės lygintuvo pakopos topologijoje kiekvieną fazės šaką sudaro kaskadiniai perjungimo tranzistoriai ir fiksavimo diodai, lygiagrečiai sujungti su viena aukštos įtampos nuolatinės srovės šyna. Literatūroje siūloma vienfazė PET topologija su lygintuvo pakopa, naudojant keturių lygių diodinę fiksuojamą grandinę. Po vienos aukštos įtampos nuolatinės srovės šynos eina įėjimo-nuosekliosios-išėjimo-lygiagrečios DAB, kaip parodyta . Ši topologija gali būti išplėsta iki trifazės struktūros, o įtampos lygių skaičius gali būti keičiamas atsižvelgiant į įrenginio atlaikymo įtampos lygius ir aukštos įtampos pusės įtampos lygį. Kaip ir MMC topologija, NPC topologija taip pat gali būti taikoma izoliacijos etape, jungiant aukštos įtampos nuolatinės srovės šyną prie Izoliacinis transformatorius, kaip parodyta. Literatūroje trijų lygių diodiniu būdu fiksuojamas NPC keitiklis buvo pritaikytas LLC rezonansinio keitiklio aukštosios įtampos pusėje, patikrinant jį su 166 kW/2 kV~400 V prototipu. Literatūroje trijų lygių diodiniu būdu fiksuojama NPC grandinė buvo pritaikyta trifaziame DAB, pasiekiant idealias DAB įtampos ir srovės charakteristikas.

Kai NPC topologija naudojama kaip lygintuvo pakopa, jai nereikia izoliuotų nuolatinės srovės šynų, todėl sumažėja izoliacinės pakopos transformatorių skaičius. Be to, trifazėse struktūrose šynoje nėra dvigubo linijos dažnio įtampos pulsavimo. Tačiau kadangi fiksuotai topologijai reikia daug spaustuvų, jų skaičius didėja didėjant lygių skaičiui, todėl sunku išplėsti lygius ir pasiekti perteklių. Valdymo požiūriu srovės, tekančios į kiekvieną NPC keitiklio šynos kondensatorių, yra skirtingos, todėl kondensatoriaus įtampa disbalansuoja. NPC topologijoms, viršijančioms tris lygius, nėra efektyvaus įtampos balansavimo algoritmo. Be to, nenuoseklus jungiklių veikimo laikas šynose ir išorėje lemia netolygų įkaitimą, kurį galima išspręsti tik pakeitus bendrą grandinės topologiją.

Dėl daugybės sunkumų, kylančių dėl lygių išplėtimo, NPC topologijos gali būti taikomos tik vidutinės / aukštos įtampos lygiuose, naudojant įrenginių nuoseklųjį jungimą arba aukštos įtampos SiC įrenginius. Tačiau esant žemesniems įtampos lygiams, palyginti su vieno H tilto topologija, trijų lygių NPC atlaiko tik pusę įtampos ir įtampos apkrovos kiekvienam perjungimo tranzistoriui, tuo pačiu išvesdamas daugiau įtampos lygių, todėl išėjimo filtravimo reikalavimai yra mažesni. Jis turi didelių pritaikymo pranašumų kaip keitiklio pakopa PET žemosios įtampos pusėje. Pavyzdžiui, literatūroje trijų lygių diodiniu būdu įtvirtintas NPC buvo naudojamas kaip PET keitiklio pakopa trifaziam varikliui valdyti, atliekant eksperimentinius bandymus ir pasiekiant gerą variklio pavaros našumą bei triukšmo lygį.