IGBT广泛应用于“I”字型三电平环流场景的详解
1、三电平简介：npc（neutral point clamped）三电平拓扑结构是一种应用最为广泛的多电平拓扑结构。npc拓扑结构最早由日本长冈科技大学学者南波江章（akira nabae ）在80年的ias年会上提出，并于90年代初在高压变频器上得到实际工业应用。
近年来随着电力电子技术在电力行业的发展，npc三电平技术开始越来越多的应用到各个领域，包括光伏逆变器、风电变流器、高压变频器、ups、apf/svg、高频电源等都有着广泛的应用。npc拓扑最常用的有两种结构，就是我们常说的“i”字型（也称npc1）和“t”字型（也称npc2）。原理图如下：
2、三电平优缺点
三电平电路具有以下优点：
①单个器件承受的电压较低，可以用在较高电压场合。
②相对于两电平，产生的电平数量较多，多电平叠加后更相似于正弦波，谐波含量小。
③电磁干扰问题减轻，三电平逆变器器件一次动作的dv/dt仅为传统两电平的二分之一。
④开关损耗显著降低，效率提高。
三电平电路的主要缺点为：
①需要较多的开关期间；
②控制算法复杂；
③功率损耗不平衡问题。
3、npc1 三电平结构换流工作原理
①正电压，负电流（v>0，i0，i>0）
这种情况下，电压为正，电流为正，从交流端流出拓扑，当输出正脉冲的时候，电流通过igbt（npc1:t1&t2）流向交流端；当输出零脉冲的时候，电流通过t2以及二极管流到交流端。
如上图所示，对于npc1型三电平结构，t1和t3进行开关状态切换。t1关断后，电流由t2和d5流向交流端实现续流；t1打开后，电流由t1、t2进行换流，同时d5反向恢复。
③负电压，正电流（v0）
这种情况下，电压为负，电流为正，从交流端流出拓扑，当输出负脉冲的时候，电流由负端通过二极管流出；当输出零脉冲的时候，电流通过t2以及二极管流到交流端。
如上图所示，对于npc1型三电平结构，t2和t4进行开关状态切换。t2打开后，电流由t2和d5流向交流端实现换流，同时d4反向恢复；t2关断后，电流由二极管 d3、d4进行续流。
④负电压，负电流（v<0，i<0）
这种情况下，电压为负，电流为负，从交流端流入拓扑，当输出负脉冲的时候，电流通过igbt流向负端；当输出零脉冲的时候，电流通过t3以及二极管流到中性点。
如上图所示，对于npc1型三电平结构，t2和t4进行开关状态切换。t4关断后，电流由t3和d6流向中性点实现续流；t4打开后，电流由t3、t4进行换流，同时d6反向恢复。
对上面的换流过程总结可以得到输出正电压、中点电压、负电压以及加上全部关断的时候的高阻状态总共四个主要开关状态。
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②相对于两电平，产生的电平数量较多，多电平叠加后更相似于正弦波，谐波含量小。
③电磁干扰问题减轻，三电平逆变器器件一次动作的dv/dt仅为传统两电平的二分之一。
④开关损耗显著降低，效率提高。
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①需要较多的开关期间；
②控制算法复杂；
③功率损耗不平衡问题。
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①正电压，负电流（v>0，i0，i>0）
这种情况下，电压为正，电流为正，从交流端流出拓扑，当输出正脉冲的时候，电流通过igbt（npc1:t1&t2）流向交流端；当输出零脉冲的时候，电流通过t2以及二极管流到交流端。
如上图所示，对于npc1型三电平结构，t1和t3进行开关状态切换。t1关断后，电流由t2和d5流向交流端实现续流；t1打开后，电流由t1、t2进行换流，同时d5反向恢复。
③负电压，正电流（v0）
这种情况下，电压为负，电流为正，从交流端流出拓扑，当输出负脉冲的时候，电流由负端通过二极管流出；当输出零脉冲的时候，电流通过t2以及二极管流到交流端。
如上图所示，对于npc1型三电平结构，t2和t4进行开关状态切换。t2打开后，电流由t2和d5流向交流端实现换流，同时d4反向恢复；t2关断后，电流由二极管 d3、d4进行续流。
④负电压，负电流（v<0，i<0）
这种情况下，电压为负，电流为负，从交流端流入拓扑，当输出负脉冲的时候，电流通过igbt流向负端；当输出零脉冲的时候，电流通过t3以及二极管流到中性点。
如上图所示，对于npc1型三电平结构，t2和t4进行开关状态切换。t4关断后，电流由t3和d6流向中性点实现续流；t4打开后，电流由t3、t4进行换流，同时d6反向恢复。
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