固体変圧器の共モード電磁干渉低減

     この記事は、一般的なDCリンクMLCの包括的なレビューを提示することで、そのギャップを埋めています。レビューでは、トポロジの進化、特徴、トポロジの比較、変調技術、制御戦略、および産業応用分野についてカバーしています。さらに、将来の展望と推奨事項について議論し、研究者やエンジニアがこれらのコンバータの潜在的な応用と利点をより良く理解できるようにしています。

1. 導入

     MLCの主要な進化段階を考慮すると、既存のMLCトポロジはいくつかのファミリーに分類できます。最初のファミリーにはCHBベースのトポロジが含まれており、これらのコンバータは高モジュール性と出力レベルのための最適な電源スイッチ数を特徴としています[31]。しかし、複数の孤立したDC電源が必要であり、大規模な絶縁トランスフォーマーを使用するか、またはいくつかの孤立したDC電源を持つアプリケーションに限定されます。また、カスケード接続されたパワーセル間での不均一な電力共有は、このファミリーの一般的な課題の一つです。2つ目のファミリーにはNPCベースのトポロジ（3L-NPCや3L-T2Cコンバータなど）が含まれており、これらのコンバータは堅牢な電力回路と単純な保護を特徴としています。ただし、これらのトポロジの制御設計においては、DCリンクのバランスが重要な要件となります。FCベースのトポロジは、レベル数を増やすためにキャパシタをクランピング部品として使用し、高い柔軟性、冗長性、および故障対応動作を特徴とするMLCファミリーを形成します。ハイブリッドMLCは、従来のトポロジの基本セルで構成され、従来のMLCのいくつかの利点と多くのレベルを生成する能力を組み合わせています。MMCトポロジは、高効率と高モジュール性によりHVアプリケーションにおける大きな進歩を表すMLCファミリーを構成します。

2. 一般的なDCリンクトポロジ

   3レベルのアクティブNPC（ANPC）構造は、パターンIとパターンIIと呼ばれる2つの異なる変調技術を使用することにより、電力損失共有の問題に対処することができます。これにより、2つのクランプダイオードが2つのアクティブスイッチに置き換えられ、ゼロ状態での電流の流れの方向を制御します。パターンIは各脚の外側スイッチでほとんどのスイッチング損失が発生するのに対して、パターンIIは内側スイッチにスイッチング損失を移動させます。FCカテゴリには、中性点がクランプされていないFCを使用するトポロジが含まれており、そのため、DCリンクのバランスの問題はありません。これらのトポロジでは、FCはDCソースを置き換えて電圧レベルを生成するために使用されます。一般的に、このファミリーはモジュール性のおかげで、NPCファミリーと比較して相対的に高いレベルを生成する能力があります。さらに、柔軟性、故障対応動作、およびスイッチ間の損失共有の改善は、これらのトポロジの顕著な特徴です。ハイブリッド多レベルコンバータ（HMLC）は、複数の基本トポロジを組み合わせることで、それぞれの利点を活用しながら一部の制限を克服します。主に、ハイブリッドトポロジは、DCリンクとFCの両方の電圧バランス能力と、スイッチ間の電力損失分布を改善し、NPCとFCトポロジと比較して必要なアクティブおよびパッシブ部品の数を削減することができます。

3. 変調と制御

    マルチレベルコンバータの主要な制御技術の分類は以下の図に示されています。2レベルコンバータと同様に、カスケード制御構造は通常、外部と内部の制御ステージ、および変調器ブロックで構成されています。内部と外部のループは2レベルとマルチレベルコンバータで似ていますが、主にスカラー制御とフィールド指向制御（FOC）技術に必要とされる変調器ステージは、レベル数が増えるにつれて調整する必要があります。このセクションでは、まず最も人気のある高度な変調器のレビューを提示します。また、個別の変調器を必要としない制御技術についても詳しく検討します。

4. 産業応用

    歴史的に、CHBインバータはモジュール性、故障対応能力、およびセルのカスケード接続による高電圧レベルの生成能力を特徴としています。しかし、複数の孤立したDC電源（産業的には整流器+トランスフォーマー）が必要であるという要件により、幅広い電力定格での適用性が制限されています。実際、CHBインバータは、数百キロワットからメガワットまでの高電力アプリケーションで主に使用されており、そのような定格の部品は利用できません。一方、一般的なDCリンクトポロジは、単一のDC電源を使用することを特徴としており、3相産業システムなどの様々なアプリケーションで優れた代替手段となっています。実際、モータードライブ、PVインバータ、高速DCチャージャなど、3脚3線、3脚4線、4脚4線の多くの構成で使用することができます。

Source: IEEE Xplore

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