用于级联桥和模块化多电平电路的四晶体管双极性串并联模块结构
系统与控制
2025-09-25 v1 系统与控制
摘要
凭借其出色的可扩展性和灵活性，级联桥和模块化多电平变换器已赋能多种能源应用，如海上风电、高压直流输电、电能质量管理和尖端医疗仪器。模块间并联连接的引入为系统带来了无传感器均衡、开关电容能量交换和降低阻抗等优势。然而，现有拓扑需要大量独立开关——每个模块八个晶体管。此前为减少开关数量所做的努力，反而损害了其功能。我们提出了一种新的模块拓扑，称为方向选择性并联（DiSeP）结构，每个模块仅需四个晶体管——与H桥相同——但能实现双向均衡、双极性模块输出和模块间开关电容特性。该拓扑对现有带级联桥元件的变换器极具吸引力，因为仅增加四个二极管即可实现无传感器均衡和模块间能量交换等关键特性。因此，该模块可在其应用中超越H桥，因为它在不增加任何额外晶体管的情况下增加了并联模式。与双H桥（CH2B）相比，它节省了多达一半的晶体管。我们详细阐述了其工作原理和关键设计考量。我们在一个包含六个模块的实验样机上验证了我们的理论。该样机实现了10.3%的总电压谐波失真加噪声（THD+N）和96.3%的峰值效率。此外，这些模块在开环控制下实现了自主的无传感器均衡。
引用
@article{arxiv.2509.19516,
title = {Four-Transistor Bipolar Series-Parallel Module Structure for Cascaded Bridge and Modular Multilevel Circuits},
author = {Jinshui Zhang and Stefan M Goetz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.19516},
year = {2025}
}