[发明专利]一种用于输出电压为1:2的混合级联H桥整流器

说明书

本发明公开了一种用于输出电压为1:2的混合级联H桥整流器的控制系统和方法，通过总调制波v_r1与级联单元1:2分压调节器的输出v_cmp相比较，得到高压单元调制的方波输出信号，驱动高压单元H桥的开关管；总调制波v_r1减去高压单元调制(4)的输出信号后得到的低压单元调制波v_r2与正负对称的高频单极性三角波相交截，得到低压单元调制(5)的输出信号，驱动低压H桥单元的开关管。本发明可以获得电压比为1:2的整流电压输出，使得电压应力大的高压单元开关管工作在低频状态下，大大减小开关损耗，同时电压应力较低的低压单元的开关管损耗也相对较小，且高频工作可显著减少滤波器件的体积重量，提高功率密度。

技术领域

本发明涉及一种用于输出电压为1:2的混合级联H桥整流器的控制系统和方法，属于电能变换装置中的控制技术领域。

背景技术

在多电飞机中，变频交流供电体制是一种发展的趋势。发电机的输出频率为360-800Hz，部分用电设备不能承受电源频率的宽范围变化，需要经过二次电源系统，将其转换为直流电(270V/28V)或恒频交流电(115V/400Hz)，才能供机载设备使用。这些电源系统采用自耦变压整流器或变压整流器等来实现AC/DC变换，逆变环节则采用传统的桥式结构。

然而，ATRU存在重量大、输出电压不可控、三相不平衡输入特性差、EMI干扰等问题，随着机载电源容量和用电负荷多样性的增加，现有结构表现出诸多弊端。因此，针对现有变频交流供电系统存在的问题，迫切需要研究新的AC/DC和DC/AC变换器拓扑结构及控制策略，提升系统转换效率和功率密度，满足国防军事和多电飞机今后的发展需求。

多电平变换器相比于传统的变换器有以下诸多独特的优势：(1)可工作在较低开关频率下，但依旧可输出质量较高的电压波形，开关损耗小；(2)电压变化率小，应力小，抑制了EMI干扰；(3)交流侧电压波形的谐波较小，在波形质量要求相同时，减小变换器的体积和重量，功率密度得到相应提升；(4)可以实现低耐压功率器件在高压大容量场合的的应用，且易模块化，可以满足未来多电、全电飞机的电能需求。

当前常见的多电平变换器拓扑结构主要有二极管钳位型多电平、飞跨电容钳位型多电平和H桥级联型多电平，相比于其他两种多电平拓扑，H桥级联型的多电平拓扑结构有着以下优势：(1)拓扑结构简洁，易于模块化和系统扩展；(2)与钳位型变换器比较，要输出相同的电平数所需要的功率器件相对最少；(3)易实现五电平以上的多电平，谐波含量少，电能质量好，有利于实现更高的功率等级；(4)开关器件只承受自身单元直流侧的电压，可提高电压等级等。

级联H桥整流采用最多的控制策略是载波移相正弦脉宽调制，但这种控制策略只适用于每级联单元输出电压相等的情况，且每个桥臂都工作在高频状态，开关损耗较大。我们可以将H桥级联整流拓扑与逆变器结合，构成“背靠背”的功率变换结构。考虑与现在研究相对较多的电压比为1:2的混合级联逆变器配合，整流产生的独立电源刚好作为逆变输入，而现有的对直流侧电压不对称的多电平整流器研究很少。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明提出了一种用于输出电压为1:2的混合级联H桥整流器的控制系统和方法。