近日，清华大学电气工程系发布了题为《适用于超高速PMSM电机的新型三电平SSNPC拓扑》的文献，文献指出这种SSNPC拓扑有望将基于全SiC的空压机逆变器成本降低10%-15%。
据“行家说三代半”推算，相比传统SNPC拓扑，SSNPC新拓扑最高可降空压机逆变器成本降低430元左右。
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2L逆变器难点：
IGBT效率低、SiC成本高
在超高速（UHS）电机应用中，通常使用成本较低的两电平（2L）逆变器拓扑，其中硅基IGBT方案已经越来越不适用。
以氢燃料车辆为例，它通常需要高能效的涡轮压缩机控制技术。超高速（UHS）电机通常用于涡轮压缩机，其转速通常超过90 krpm，这就需要永磁同步电机 (PMSM)，因为它的效率、功率体积比和机械特性更好。
但是，由于高速PMSM电机的匝数有限，产生的电感通常非常小，如果继续采用中等开关频率（8-20 kHz）的传统两电平（2L）逆变器，则相电流的电流纹波会变得非常高，而且也大大降低了无传感器控制系统的整体性能和稳定性。
许多研究表明，为了实现燃料电池系统中空气涡轮压缩机所需的控制性能，传统2L逆变器应当使用65-100kHz的开关频率。尽管IGBT具有更好的电磁干扰 (EMI) 特性、成本也更低，但是IGBT器件的开关频率受限，其硬开关最大开关频率仅为30 kHz左右，而且当IGBT的开关频率超过20 kHz时，其效率就显著下降。
而相比之下，SiC逆变器在高开关频率下仅表现出很小的效率差异，所以如果采用2L拓扑逆变器，宽禁带器件是唯一的可行选择。
但是，2L逆变器即使是使用宽禁带器件也无法实现最佳效率特性。研究表明，为了使全SiC 2L 逆变器在2000 Hz基频下达到97%的效率，需要并联4颗SiC MOSFET，这显然增加了逆变器的设计成本。
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3L逆变器难点：
IGBT、SiC器件成本过高
为了降低开关频率，同时提高逆变器效率，UHS 驱动应用广泛关注的拓扑类型是三电平（3L）中性点钳位 (NPC) 拓扑。
研究发现，全IGBT 3L NPC方案的效率全IGBT 2L方案更高，甚至比全SiC 2L逆变器的效率还高。但为了产生3L电压输出，3L全IGBT拓扑需要的开关器件比2L拓扑多更多——12颗IGBT+6颗二极管，这在所有方案中成本是最高的。
为了解决这个问题，业界提出了3L“Sparse NPC（SNPC）”拓扑，这种方案只需要10颗SiC MOSFET，成本相对低廉，其效率也高于全IGBT 3L NPC方案。
但为了进一步降低全SiC 3L逆变器的成本，清华大学团队提出了一种新的拓扑——3L简化SNPC (SSNPC) 拓扑。
3L SSNPC拓扑：
可降SiC成本降低15%
根据文献内容，清华大学提出的为SSNPC图片如下图所示：
SSNPC拓扑示意图
在之前的所有 3L 拓扑中，3L SNPC（全SiC）方案成本是最低的。但是，新的SSNPC可以系统成本降低360-430元人民币，与SNPC逆变器（全SiC）相比，成本降低了10%—15%，而且整体效率差异极小（约0.05%）：
与传统SNPC拓扑相比，SSNPC内部的2颗SiC MOSFET被2颗SiC二极管取代，虽然总体SiC器件还是10颗，但二极管更便宜——大约减少16.82美元（大约121元人民币）。
减少2颗SiC MOSFET，可以减少2个驱动电路成本，约244-316元人民币。
同时，由于减少了驱动电路，SSNPC系统也变得更加紧凑，下图a为3L SSNPC逆变器；图b为2L全SiC逆变器（65kHz）；图c为2L全SiC逆变器（100 kHz）；图d为3L NPC全IGBT逆变器（32 kHz）。
这种新拓扑的其他好处还包括：
SSNPC拓扑可完全消除3L矩阵中的死区时间，这一特殊功能对于UHS电机驱动器非常有吸引力，因为它大幅降低了高开关频率下死区时间补偿方法的复杂性。
SSNPC拓扑具有独特的控制策略，在电动模式下它作为 3L 逆变器工作，在发电模式下又可以作为 2L 逆变器工作。
SSNPC拓扑的2种工作模式
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