[发明专利]单相二极管箝位型五电平半桥逆变器的半周期控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单相二极管箝位型五电平半桥逆变器的控制技术领域。

背景技术

随着社会的发展，高压大容量逆变器的应用越来越广泛，并且随着输入电压等级的不断提高，传统两电平的局限性越来越明显，首先受到电力电子器件耐压的限制，另外EMI大、输出电压谐波含量大等。为了解决这一问题，多电平逆变器应运而生，其中二极管箝位型多电平逆变器因其控制和拓扑简单而应用广泛。其控制方法也多种多样，但是这些控制方法应用于桥式电路时，均需要加入死区，死区时间的加入使得桥臂输出电压不再是理想的SPWM波，进而会产生波形畸变，并会造成一定的基波损失，低次谐波含量增加等一系列死区效应问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对五电平二极管箝位型半桥逆变器现有的控制技术存在的缺陷提出一种半周期控制策略，可以消除死区效应问题。

半周期控制方法模式方法的特征在于电流大于零时，只控制上桥臂的开关管S₁、S₂、S₃和S₄，给下桥臂半个周期关断信号；在电流小于零时，只控制下桥臂的开关管S₅、S₆、S₇和S₈，给上桥臂半个周期关断信号，可以实现输出五电平的同时不存在死区效应的问题。半周期控制模式在控制中加入了输出电感电流的极性这一控制参数，在输出某个电平时，根据当前的电感电流极性来选择开关状态，从而关断了一些不必要的开关管，实现了无死区工作。

本发明采用PWM控制的实现方法，属于恒频控制，桥臂输出谐波频谱分布规律，可以更方便的设计输出低通滤波器。

附图说明

图1：二极管箝位型五电平半桥逆变器主电路拓扑原理图；

图2：二极管箝位型五电平半桥逆变电路的桥臂输出电压V_A和经滤波器滤波得到的输出电压v_o波形；

图3：本发明半周期PWM控制二极管箝位型五电平半桥逆变器输出滤波电感电流大于零(i_L＞0)时的各开关状态对应的各开关模态示意图；

图4：本发明半周期PWM控制二极管箝位型五电平半桥逆变器输出滤波电感电流小于零(i_L＜0)时的各开关状态对应的各开关模态示意图；

图5：本发明半周期PWM控制二极管箝位型五电平半桥逆变器的五电平多载波原理图及多调制波原理图；

图6：本发明半周期PWM控制二极管箝位型五电平半桥逆变器的控制框图；

图7：本发明半周期PWM控制二极管箝位型五电平半桥逆变器电感电流过零时电流的波形示意图；

图8：本发明半周期PWM控制二极管箝位型五电平半桥逆变器带两种不同负载情况下功率管的驱动信号波形；

图9：本发明半周期PWM控制二极管箝位型五电平半桥逆变器电感电流由正过零变负模态分析示意图；

图10：本发明半周期PWM控制二极管箝位型五电平半桥逆变器运行时的无死区实现策略；

图11：本发明半周期PWM控制二极管箝位型五电平半桥逆变器在S₄和S₅之间加入死区时间后的电流过零情况分析；

图12：本发明半周期PWM控制的五电平半桥在两种不同负载情况下仿真实验波形。