[发明专利]直流母线不对称两单元级联逆变器调制方法

说明书

本发明公布了一种直流母线不对称两单元级联逆变器调制方法，该调制方法适用于两功率单元直流母线电压比值为2∶1的情况。本发明公布的多电平调制方法由MCU与外部数字逻辑电路共同完成，MCU根据调制电压、输出电流以及直流母线电压值由引脚输出调制电压极性、调制电压所处区间、输出电流极性以及两路PWM信号，外部数字逻辑电路接收MCU输出数字信号后经逻辑运算后获得各开关管驱动信号。本发明通过叠加低频PWM电压与高频PWM电压，使得产生七电平的同时降低了输出电压谐波含量。并且本发明保证逆变器在整个运行期间高频工作功率单元内各开关管开关次数均衡，提高了系统可靠性。

技术领域

本发明涉及H桥级联多电平逆变器调制技术领域，尤其涉及一种直流母线不对称两单元级联逆变器调制方法。

背景技术

H桥级联型多电平逆变器具有功率器件最少，易于实现模块化，便于拓展等优点。与传统的对称H桥级联逆变器相比，在级联单元数相等时，直流母线不对称级联逆变器可以获得更多的输出电平、减少开关器件和直流电源的数目。直流母线不对称CMLI主电路各个H桥单元的电压等级、开关频率不同，该设计理念迎合了当前时代电力电子发展的方向且具有很强实用价值，因此受到中外广泛地关注。

直流母线不对称级联逆变器采用最近电平逼近调制策略后，发现传输功率大的级联单元工作频率低而传输功率小的级联单元工作频率高，因此采用最近电平逼近调制策略能够弱化开关器件本身存在的功率与频率之间的矛盾。但在级联功率单元较少的场合，尤其功率单元数只有两个时，采用最近电平逼近调制策略后两功率单元开关器件低频工作，导致输出电压谐波特性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服直流母线不对称两单元级联型逆变器输出电压谐波含量过大的问题。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：提供一种能够产生低谐波含量高频PWM电压的直流母线不对称两单元级联逆变器调制方法，主电路由两个功率单元级联而成。功率单元1中电压值为2E的直流电源两端跨接两个半桥，各半桥由两个带反并联二极管的全控开关管串联而成。功率单元2中电压值为E的直流电源两端跨接两个半桥，各半桥由两个带反并联二极管的全控开关管串联而成。在一个调制波周期Vm内，功率单元1处于低频工作状态，功率单元2处于高频工作状态。当调制波V_m≥2E时，当前开关周期内功率单元1输出电平+2E；当E≤调制波V_m＜2E时，当前开关周期内功率单元1输出电平+2E；当-E≤调制波V_m＜E时，当前开关周期内功率单元1输出零电平；当-2E≤调制波V_m＜-E时，当前开关周期内功率单元1输出电平-2E；当调制波V_m＜-2E时，当前开关周期内功率单元1输出电平-2E。当调制波V_m≥2E时，(V_m-2E)*0.5与三角载波比较后获得逻辑信号m1，(V_m-2E)*(-0.5)与三角载波比较后获得逻辑信号m2，逻辑信号m1与逻辑信号m1两者做异或操作后获得信号M，当前开关周期内高频工作功率单元输出电平M*E；当E≤调制波V_m＜2E时，(V_m-2E)*0.5与三角载波比较后获得逻辑信号m1，(V_m-2E)*(-0.5)与三角载波比较后获得逻辑信号m2，逻辑信号m1与逻辑信号m1两者做异或操作后获得信号M，当前开关周期内高频工作功率单元输出电平M*E；当-E≤调制波V_m＜E时，V_m*0.5与三角载波比较后获得逻辑信号ml，V_m*(-0.5)与三角载波比较后获得逻辑信号m2，逻辑信号ml与逻辑信号ml两者做异或操作后获得信号M，当前开关周期内高频工作功率单元输出电平V_m/|V_m|*M*E；当-2E≤调制波V_m＜-E时，(V_m+2E)*0.5与三角载波比较后获得逻辑信号ml，(V_m+2E)*(-0.5)与三角载波比较后获得逻辑信号m2，逻辑信号m1与逻辑信号m2两者做异或操作后获得信号M，当前开关周期内高频工作功率单元输出电平-M*E；当调制波V_m＜-2E时，(V_m+2E)*0.5与三角载波比较后获得逻辑信号ml，(V_m+2E)*(-0.5)与三角载波比较后获得逻辑信号m2，逻辑信号m1与逻辑信号m2两者做异或操作后获得信号M，当前开关周期内高频工作功率单元输出电平-M*E。每个载波周期内各桥臂在保证其中一个开关管驱动信号为低电平的前提下根据所需输出电平、调制电压、直流母线电压以及输出电流确定各功率开关管的驱动信号。相邻两个调制波周期中，对于功率单元1，一个调制波周期内输出零电平由两桥臂的上管动作产生，另一个调制波周期内输出零电平由两桥臂的下管动作产生；对于功率单元2，功率单元中各桥臂高频工作状态与低频工作状态替换一次。