Efficiency Comparison between a Two-level and an NPC Inverter for Automotive Application

Sammanfattning

De flesta nuvarande elfordon drivs med en systemspänning på 400V. En ökning av denna spänning skulle dock bland annat kunna möjliggöra en kortare laddningstid för fordonets batteri. Den högre systemspänningen medför ett antal utmaningar, varav en är att öka spänningsblockeringsförmågan hos spänningsomvandlarens transistorer. Det finns olika sätt att lösa detta problem. Om den vanligast förekommande tvånivåstopologin ska användas måste spänningskapaciteten för dess transistorer ökas. Alternativt kan man använda en topologi med tre nivåer med neutralpunktsanslutning, som inte kräver transistorer med så hög spänningsblockeringsförmåga. Syftet med denna rapport är att jämföra verkningsgraden hos dessa två topologier. Därför estimeras med hjälp av simulering spänningsomvandlarnas förluster och utgångseffekt i stationärt tillstånd över hela driftområdet för en elektrisk maskin som är lämplig för fordonsapplikationer. Olika sätt att estimera förlusterna utvärderades och transistorerna i de två topologierna valdes på ett sätt så att en rättvis jämförelse mellan topologierna kunde säkerställas. Ett antal nyckelparametrar som kan påverka effektiviteten hos spänningsomriktarna utvärderades i simuleringar. De erhållna resultaten tyder på att verkningsgraden hos både två nivå- och tre nivå-topologin med neutralpunktsanslutning är jämförbara för större delen av driftområdet.