[发明专利]一种改进的级联多电平逆变器PWM调制方法及调制电路

说明书

本发明属于开关电源技术领域，公开一种改进的级联多电平逆变器PWM调制方法，用于控制级联多电平逆变器，所述级联多电平逆变器每一相包括n个串联的功率模块，所述级联多电平逆变器每一相的调制步骤包括：生成第一载波组和第二载波组，第一载波组包括n个相位彼此相差π/n的载波；第二载波组中的每一个载波与第一载波组中的每一个载波相差π/2n；根据调制波信号，选择第一载波组和第二载波组中的一组作为当前载波组；采用当前载波组对n个串联的功率模块进行PWM调制。本发明实施例的调制方法能够兼顾各功率模块功率均衡、输入电流波形质量以及输出电压波形质量。本发明实施例还公开了一种改进的级联多电平逆变器PWM调制电路。

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种改进的级联多电平逆变器PWM调制方法及调制电路。

背景技术

级联多电平逆变器是中压电机驱动中最广泛使用的技术，其基本方案是采用移相变压器将中压供电电源转换成多个电压等级较低、相互之间电气隔离的三相供电电源，这些供电电源经过不控整流之后成为直流，给H桥模块供电。H桥的输出级联起来，输出中压交流电，用于驱动大功率电机。

如图1a所示，该中压电机的驱动电路采用18脉整流的级联多电平逆变器，移相变压器产生9组三相电压，具有三种初始相位，分别是0°，20°和-20°。分别连接9个功率模块(Power Cell)，每个功率模块内部电路如图1b所示，包括三相不控整流器和H桥逆变器。

图1a所示驱动电路的好处是输出可以获得很多电平，使得电机电流波形正弦度较好，并且采用移相变压器整流的输入方式，当模块之间的功率均衡时，可以消除大部分低次谐波，输入电流波形质量也比较高。

传统的H桥正弦波脉宽调制(SPWM)方法，如图2a所示，采用正弦波与三角波比较，产生两组互补的PWM信号，用来控制H桥2个桥臂中4个开关管的通断，m是调制波，相当于H桥输出电压的参考信号，一般是正弦波，图2a中m是加入了采样保持之后的正弦波，适用于数字控制器。c是载波，一般是三角波，用于将低频正弦波调制成高频方波信号。

H桥的输出电压是两个桥臂之差，若规定接输出正端的桥臂为正桥臂，接输出负端的为负桥臂。那么m可以直接作为正桥臂的调制波，对m取负得到m1，可作为负桥臂的调制波，m1＝-m。

H桥正弦波脉宽调制(SPWM)的基本原理如图2b所示，调制波m与三角波c比较，用于产生正桥臂的2个PWM信号：PWM1和PWM2。当m大于c时，PWM1为1，PWM2为0，当m小于c时，PWM1为0，PWM2为1。PWM1和PWM2分别控制正桥臂的上管和下管，当PWM信号为1时，控制开关管导通，为0时，控制其关断。

同样方式，调制波m1与三角波c比较，产生PWM3和PWM4，用于控制负桥臂的2个开关管。

级联多电平逆变器通常采用的调制方式是载波移相调制(PS-SPWM)，以图1a所示的三模块CHB为例，每相包括3个功率模块。每个功率模块都可以独立选择一个三角载波进行PWM调制，当选择的三角波的初始相位平均分布于0-180°之间时，可以产生倍频调制的效果，称之为载波移相调制，如图3所示，每个功率模块的三角波初始相位分别设置为0°、60°和120°。采用这种方式，每个H桥采用调制方式都是相同的，每个功率模块处理的功率也相同，由此产生的损耗也均衡，输入电流THD比较低。但是这种方式的输出电压波形不够理想，尤其在低调制比的时候，谐波含量比较高，图4a和图4b分别给出了这种调制方式下调制比在0.3和0.9情况下的输出线电压波形。通过图4a和图4b可以看出，输出线电压的电平分布并不是最合理的，其中有部分区域的电压会跨越2个电平，谐波含量相对较多。