因此UPS厂家也必须在逆变器技术方面进行研究。传统的工频机和高频机都采用的是两电平逆变器的技术。工频机的直流母线电压为432V。高频机的直流母线电压是750～800V。高频机由于效率高、体积小、重量轻,早在上世纪90年代就是各个厂家重要的技术发展方向。
但高频机两电平逆变器架构中其功率器件IGBT的承压就是直流母线电压750～800V,这样就必须挑选耐压值为1200V甚至1500V的IGBT功率器件。研究功率器件发现,耐压值越高的功率器件,其失效率越高(是耐压值800V器件的十倍)。因此为了提高逆变器的可用性,必须降低功率器件的承压。
三电平逆变器应运而生,它通过增加功率器件串联来分担高频机的800V直流母线电压,使得每一只器件的承压降低到了400V,这样我们就可以选择600或者800V耐压的功率器件。从而提高可用性。400V电压甚至低于工频机的432V的直流母线电压,从理论上说,三电平逆变器的高频机的可用性已经高于传统的两电平逆变器工频机。
进一步又开发出了四电平逆变器,使得功率器件的承压降低到直流母线电压的1/3即266V。因此我们可以采用500V或者是600V耐压的功率器件,使得逆变器的可用性得到进一步的提高。
同时从效率的角度来讲,两电平逆变器的效率大概能做到94.5%,三电平逆变器的效率可以做到96%,四电平逆变器的效率可以做到97%。
但是多电平逆变器带来了一个不好的地方,功率器件的数量增加了。使得制造成本提高,理论上故障率也会提高。因此从这个角度出发,不可能无限制地采用比如说五电平六电平的逆变器,也没有必要。
研发人员又重新思考,回到了三电平逆变器。但是它是一个采用混合型架构的三电平逆变器(图3),增加了一个零电压开关的控制环节,目的是使得IGBT的开关损耗减少了50%,同时功率器件的数量也得到了降低。