一、架构综述
当前工业大功率有源 AC/DC 装置常用三电平整流拓扑主要分为五类，各拓扑电路结构如下所示。五类方案分别为二极管中点钳位（DNPC）、飞跨电容型（FC）、T 型三电平、有源中点钳位型（ANPC）以及维也纳整流器（Vienna Rectifier）。
1980年，中点钳位式三电平逆变拓扑首次提出，这也就是 DNPC 的原型架构。1992年法国学者 Meynard 提出飞跨电容三电平方案，该拓扑利用飞跨电容替代DNPC内部钳位二极管，在一定程度上优化了各功率管热负荷分配。但该方案短板十分突出：系统必须配套飞跨电容与预充电硬件，整机物料成本上升；飞跨电容长期承受高频脉动电压，使用寿命偏低，后期更换会降低设备整体运行稳定性；同时飞跨电容电压易出现偏移，需增设独立闭环控制回路维持电压平衡。
T 型三电平整体结构简洁，器件损耗分布均匀，硬件成本控制优势明显。对比 DNPC 架构，T 型拓扑输出 ±Vdc/2电平时仅两只开关器件导通，通态电流通路短，导通损耗显著更低。
传统 DNPC 存在器件发热不均的固有缺陷，针对这一痛点，德国学者 Brückner 在 2001 年提出 ANPC 拓扑。该方案将原有无源钳位二极管替换为可控全功率器件，由此生成多组等效零矢量，依靠调制策略实现各开关管损耗均匀分摊。和 T 型拓扑相比，ANPC 每一相开关器件仅承受一半直流母线电压，对器件耐压等级、散热器容量的要求更低；对比飞跨电容拓扑，ANPC 无需增设悬浮电容，硬件体积与成本更小，中点电位平衡控制逻辑也更为简易。
维也纳整流器由 Kolar 团队在 1993 年研发推出，拓扑设计思路做了取舍：放弃能量双向传输能力，采用二极管分流部分功率通路，每相仅保留三组双向可控开关，构成三电平 Boost 型 PFC 整流。该拓扑从结构上杜绝桥臂直通故障，器件承压仅为直流母线电压的一半。与前面四类逆变通用拓扑不同，维也纳整流器属于单向 AC/DC 升压整流电路，仅适用于前端有源 PFC 场景，无法工作在逆变回馈工况。
二、DNPC工作原理
三电平二极管NPC变换器在大功率交流传动中应用十分广泛。在下图所示的主回路中，直流电源被两个串联的独立电容分成三种电平：正电平状态P（
）、零电平状态0和负电平状态N（
）。
开关器件S1、S2导通S3、S4断开时，输出端为正电平；S3、S4导通，S1、S2断开时，输出端为低电平；S1、S4断开，S2、S3导通时，输出端为零电平。
在零电平状态时，电流有两条通路；id为正时，电流由钳位二极管D1、S2流向负载；id为反向时，电流由负载侧经过S3、D2流向0点。
DNPC拓扑的主要的缺点在于：
其一、开关器件是功率损耗分布不平衡。
当功率因数为1时，即当电压、电流同相时，换流通道如上图a所示，此时，无论S1是闭合是断开，S2均承担着导通损耗，而S1承担着开关损耗。此时的换流通道较短。反之当功率因数为-1时，即当电压、电流反相时，换流通道如上图b，S1承担开关损耗，但是导通损耗主要集中在内管S2、S3上。
因此，外管承担的开关损耗更多一些，而内管承担的导通损耗更多一些。总体而言，一般情况下内管温度最高，外管次之，钳位二极管再次。
其二、如上图b，换流通道长，换流通道中的杂散电感也会比较大，从而容易造成电压过冲，导致功率器件损坏。
其三、停机顺序相对复杂，要求停机时需先关外管，再关内管。
反之如下图所示，当S1、S2导通时，内管S2关断，电流方向不能突变，则从D3/D4通过，此时，内管S2将承受着整个直流电压，从而导致内管损坏。
