实现多电平逆变器的NPC拓扑

在1980 年的IEEE IAS 会议上，A. Nabae 学者提出了中性点钳位（Neutral Point Clamped，NPC）三电平逆变器拓扑[12]，如图1-2 所示。该拓扑每一桥臂有四个开关器件和两个钳位二极管，在每一个时刻逆变器一相只有两个开关器件同时导通，而另外两个开关器件关断。

图1-2　NPC 逆变器拓扑图(www.xing528.com)

以 A 相为例，可能的开关管组合只有 Sa1和 Sa2、 Sa2和 Sa3、 Sa3和 Sa4三种，其他任何组合都是不可以的。三种合理开关组合所对应的输出相电压分别用P（Positive）、0 和N（Negative）来表示，同一相四个功率器件具有 Sa1和 Sa3的触发脉冲互补、 Sa2和 Sa4的触发脉冲也互补的关系。NPC 多电平逆变器拓扑具有以下优点[13，14]：每个功率器件所承受的电压仅为直流侧母线电压的一半，逆变器输出电压的总谐波畸变率比同条件下的两电平逆变器小很多。因此该拓扑在高压大功率，如高铁和动车主变流器系统中都得到了广泛应用，如日本新干线700 系列的主电路的整流器和逆变器均采用此种拓扑结构。

当然，该拓扑也存在一些缺点[15]：构建更多电平逆变器拓扑时所需要的钳位二极管数大幅增加；需要对直流侧分压电容进行电压平衡控制；每相桥臂的中间开关器件所导通时间要远远大于外侧开关器件所导通的时间，负荷较重。