مراجعة حول طوبولوجيا وتطبيقات التحكم في محولات الطاقة الإلكترونية ذات الجهد المتوسط ​​والعالي III

3.3 طوبولوجيا متعددة المستويات مقيدة

يُظهر الشكل بنية الدائرة متعددة المستويات ذات نقطة التثبيت المحايدة (NPC). بالإضافة إلى بنية NPC ذات التثبيت الثنائي، تشمل بنيات NPC أيضًا نوع المكثف الطائر ونوع التثبيت الهجين، وغيرها. مع ذلك، ونظرًا لكبر حجم المكثف، لا تزال بنيات NPC تستخدم في الغالب أجهزة تبديل سلبية أو فعالة للتثبيت. على سبيل المثال، في بنية مرحلة مقوم ثلاثي الأطوار ذات التثبيت الثنائي، يتكون كل فرع طور من ترانزستورات تبديل متتالية وثنائيات تثبيت، موصولة بالتوازي مع ناقل تيار مستمر عالي الجهد. اقترحت الدراسات بنية PET أحادية الطور مع مرحلة مقوم باستخدام دائرة تثبيت ثنائية رباعية المستويات. يتبع ناقل تيار مستمر عالي الجهد واحد دوائر DAB متصلة على التوالي، ثم على التوازي، كما هو موضح. يمكن توسيع هذه البنية إلى بنية ثلاثية الأطوار، ويمكن تغيير عدد مستويات الجهد بناءً على مستويات جهد تحمل الجهاز ومستوى جهد جانب الجهد العالي. على غرار بنية MMC، يمكن أيضًا تطبيق بنية NPC في مرحلة العزل، حيث تربط ناقل التيار المستمر عالي الجهد بـ محول عزلكما هو موضح. طبقت المراجع محول NPC ثلاثي المستويات ذو تثبيت ثنائي على جانب الجهد العالي لمحول رنين LLC، وتم التحقق من ذلك على نموذج أولي بقدرة 166 كيلوواط/2 كيلوفولت ~ 400 فولت. طبقت المراجع دائرة NPC ثلاثية المستويات ذات تثبيت ثنائي على محول DAB ثلاثي الأطوار، محققةً خصائص مثالية للجهد والتيار.

عند استخدام بنية NPC كمرحلة تقويم، فإنها لا تتطلب حافلات تيار مستمر معزولة، مما يقلل عدد محولات مرحلة العزل. علاوة على ذلك، في الهياكل ثلاثية الأطوار، لا يوجد تموج جهد بتردد الخط المزدوج على الحافلة. مع ذلك، ولأن بنية التثبيت تتطلب عددًا كبيرًا من أجهزة التثبيت، فإن عددها يزداد مع ازدياد عدد المستويات، مما يجعل توسيع المستويات صعبًا وتحقيق التكرار أمرًا عسيرًا. من ناحية التحكم، تختلف التيارات المتدفقة إلى كل مكثف حافلة في محول NPC، مما يؤدي إلى عدم توازن جهد المكثف. بالنسبة لبنى NPC التي تتجاوز ثلاثة مستويات، لا توجد خوارزمية فعالة لموازنة الجهد. إضافة إلى ذلك، يؤدي عدم اتساق أوقات تشغيل المفاتيح داخل وخارج الأذرع إلى تسخين غير متساوٍ، ولا يمكن حل هذه المشكلة إلا بتغيير بنية الدائرة ككل.

تُشير الصعوبات العديدة الناجمة عن توسيع مستويات الجهد إلى أن تصميمات NPC لا يُمكن تطبيقها إلا في مستويات الجهد المتوسطة/العالية من خلال توصيل الأجهزة على التوالي أو استخدام أجهزة SiC عالية الجهد. مع ذلك، عند مستويات الجهد المنخفضة، وبالمقارنة مع تصميم جسر H أحادي، فإن تصميم NPC ثلاثي المستويات يُقلل من تحمل الجهد وإجهاد الجهد على كل ترانزستور تبديل إلى النصف، مع توفير مستويات جهد أكثر، مما يُقلل من متطلبات ترشيح الخرج. يتمتع هذا التصميم بمزايا تطبيقية كبيرة كمرحلة عاكسة على جانب الجهد المنخفض في مُحول الطاقة الكهرومغناطيسية (PET). على سبيل المثال، استخدمت إحدى الدراسات تصميم NPC ثلاثي المستويات مُثبت بالديود كمرحلة عاكسة في مُحول الطاقة الكهرومغناطيسية (PET) لتشغيل محرك ثلاثي الأطوار، حيث أُجريت تجارب للتحقق من ذلك، وحُققت نتائج جيدة في تشغيل المحرك وانخفاض مستوى الضوضاء.