סקירה על יישומי טופולוגיה ובקרה של שנאים אלקטרוניים להספק במתח בינוני-גבוה III

3.3 טופולוגיה רב-שכבתית מהודקת

מוצגת טופולוגיית NPC (Netrol Point Clamped) רב-מפלסית. מלבד טופולוגיית NPC עם הידוק דיודה, טופולוגיות NPC כוללות גם קבלים מעופפים וקבלים היברידיים, בין היתר. עם זאת, בשל נפח הקבל הגדול, טופולוגיות NPC עדיין משתמשות בעיקר בהתקני מיתוג פסיביים או אקטיביים לצורך הידוק. אם ניקח כדוגמה את הטופולוגיה הרב-מפלסית עם הידוק דיודה, בטופולוגיית דרגת מיישר תלת-פאזית, כל רגל פאזה מורכבת מטרנזיסטורי מיתוג מדורגים ודיודות הידוק, המחוברים במקביל לאפיק DC יחיד במתח גבוה. הספרות הציעה טופולוגיית PET חד-פאזית עם דרגת מיישר המשתמשת במעגל בעל ארבע רמות עם הידוק דיודה. אפיק DC יחיד במתח גבוה ואחריו DABs קלט-טורה-פלט-מקבילי, כפי שמוצג. ניתן להרחיב טופולוגיה זו למבנה תלת-פאזי, וניתן לשנות את מספר רמות המתח בהתבסס על רמות מתח העמידה של המכשיר ורמת המתח בצד המתח הגבוה. כמו טופולוגיית MMC, ניתן ליישם גם את טופולוגיית NPC בשלב הבידוד, תוך חיבור אפיק הזרם הישר במתח גבוה אל שנאי בידוד, כפי שמוצג. הספרות יישמה ממיר NPC תלת-מפלסי המחובר לדיודה בצד המתח הגבוה של ממיר תהודה LLC, ואימתה זאת על אב טיפוס של 166kW/2kV~400V. הספרות יישמה מעגל NPC תלת-מפלסי המחובר לדיודה על DAB תלת-פאזי, והשיגה מאפייני מתח וזרם DAB אידיאליים.

כאשר טופולוגיית NPC משמשת כשלב מיישר, היא אינה דורשת אפיקי DC מבודדים, מה שמפחית את מספר שנאי שלבי הבידוד. יתר על כן, במבנים תלת פאזיים, אין אדוות מתח בתדר קו כפול על האפיק. עם זאת, מכיוון שהטופולוגיה המחוברת דורשת מספר רב של התקני הידוק, מספר התקני ההידוק גדל ככל שמספר הרמות עולה, מה שמקשה על הרחבת הרמות ועל השגת יתירות. מבחינת בקרה, הזרמים הזורמים לכל קבל אפיק של ממיר NPC שונים, מה שמוביל לחוסר איזון במתח הקבל. עבור טופולוגיות NPC מעל שלוש רמות, אין אלגוריתם איזון מתח יעיל. בנוסף, זמני פעולה לא עקביים של מתגים בתוך הזרועות ומחוצה להן מובילים לחימום לא אחיד, שניתן לפתור רק על ידי שינוי טופולוגיית המעגל הכוללת.

הקשיים הרבים הנגרמים כתוצאה מהרחבת רמות גורמים לכך שניתן ליישם טופולוגיות NPC ברמות מתח בינוניות/גבוהות רק באמצעות חיבור טורי של התקנים או שימוש בהתקני SiC במתח גבוה. עם זאת, ברמות מתח נמוכות יותר, בהשוואה לטופולוגיית גשר H יחידה, ל-NPC תלת-מפלסי יש רק חצי מרמת עמידות המתח ועומס המתח על כל טרנזיסטור מיתוג, תוך שהוא מפיק יותר רמות מתח, וכתוצאה מכך דרישות סינון פלט נמוכות יותר. יש לו יתרונות יישום ניכרים כשלב מהפך בצד המתח הנמוך של PET. לדוגמה, הספרות השתמשה ב-NPC תלת-מפלסי המחובר לדיודה כשלב מהפך של PET להנעת מנוע תלת פאזי, ביצוע אימות ניסיוני והשגת ביצועי הנעת מנוע וביצועי רעש טובים.