高效实用的多电平逆变器拓扑设计

常见的多电平逆变器分类如图1-1 所示，根据直流侧电压源的个数可分为单个直流电压源逆变器和多个直流电压源逆变器两大类[7，8]。

图1-1　常见多电平逆变器的分类(www.xing528.com)

单个直流电压源逆变器拓扑主要包括二极管钳位型（Neutral Point Clamped，NPC）和飞跨电容型（Flying Capacitor，FC）两种；多个直流电压源逆变器包括了级联型多电平逆变器，而该逆变器又根据直流侧电源电压比值的不同可以分为对称级联（Cascaded H-Bridge，CHB）多电平逆变器和不对称级联（Asymmetric Cascaded H-Bridge，ACHB）逆变器两种。NPC 和FC 逆变器随着输出电平数的增加所需要的钳位二极管和飞跨电容数也将会大幅增加，同时还要对分压电容进行均压控制；CHB 多电平逆变器不存在直流侧电压不均衡的问题，具有模块化和相电压冗余等优点，但是它需要多个隔离的直流电源，如果需要输出更高质量的电压波形时，就需要级联更多的功率单元，从而导致控制电路的复杂程度和成本都将大幅提高，该问题已成为制约CHB 多电平逆变器拓扑进一步推广的主要因素。

针对传统CHB 拓扑的不足，印度学者Manjrekar 于1998 年提出了一种新型不对称级联（ACHB）多电平逆变器拓扑[9]，该拓扑根据级联单元直流源幅值比例的不同，通常又可分为1:2: …2k-1的Ⅱ型和1:3: …3k-1的Ⅲ型不对称CHB 多电平逆变器两种[10]。该拓扑跟传统的CHB 相比，在输出同样电平数电压波形的情况下所需要级联的功率单元更少。因此，ACHB 的概念为多电平逆变器的发展提供了一种新的思路，具有非常好的实际应用价值[11]。