[发明专利]H桥级联多电平逆变器开关次数最小化调制的方法

摘要

本发明公开了一种H桥级联多电平逆变器开关次数最小化调制的方法，属于级联多电平逆变器的调制领域。常规单极性SPWM会带来不必要开关次数，随着级联单元数目增加，这种不必要开关次数将会叠加。本发明针对单极性调制方式会带来不必要开关次数的问题提出了一种级联多电平逆变器开关次数最小化调制策略，包括整体上级联结构采用载波移相的调制方式；在单个级联单元采用改进的单极性调制方式，对级联型多电平逆变器每个H桥单元斩波臂上的开关管的开关状态进行改进；计算出一个调制周期内斩波臂上开关状态所占时间百分比。该调制策略较常规单极性SPWM可以大大降低开关次数，并且不会由于开关次数的减少引起输出性能的变差。

主权项

一种H桥级联多电平逆变器开关次数最小化调制的方法，其特征在于：设定H桥级联型多电平逆变器中，每个子模块的三角载波信号变化范围相同，且为‑1～1之间变化，相邻两个子模块的三角载波相角差为360°/N，其中N为级联子模块个数；所述调制的方法如下：(1)将幅值为‑1至1的正弦波调制信号与零电平进行比较后，得到方波信号，该方波信号依次为H桥级联多电平逆变器各个子模块方向臂功率开关器件的一路驱动信号Vgn1；(2)对步骤(1)获得的方波信号逻辑取反，得到H桥级联多电平逆变器各个子模块方向臂功率开关器件的另一路驱动信号Vgn2；(3)将步骤(1)中的正弦波调制信号与H桥级联多电平逆变器各个子模块对应的三角载波信号比较后得到一路与各个功率子模块斩波臂功率开关器件相关联的PWM脉冲信号Vg3n’；(4)将步骤(3)得到的PWM脉冲信号逻辑取反，得到另一路与各个功率子模块斩波臂功率开关器件相关联的PWM脉冲信号Vg4n’；H桥级联多电平逆变器是由多个H桥单元结构直接级联构成，单个H桥单元方向臂和斩波臂驱动信号通过以下步骤获得：(5)采用步骤(1)和步骤(2)得到单个功率模块方向臂功率器件的驱动信号Vgn1和Vgn2；(6)采用步骤(3)和步骤(4)得到两路PWM脉冲信号Vgn3’和Vgn4’，n为第n个H桥单元；(7)在无源线性负载下，基波分量I01滞后于基波电压U01，且相位差公式为：ω为逆变角频率，L0为负载电感，R0为负载电阻；(8)在一个调制周期内，当步骤(5)得到的Vgn1信号由高电平跳变为低电平时，负载电压值为零，并通过步骤(7)相位差公式求出此时负载电流值I，并将此时刻定义为一个零时刻，得到的电流为初始电流I0；(9)在步骤(8)基础上，假设在Vgn1信号为低时对应步骤(6)的Vgn3’信号为高，此时单个功率模块的工作模式是由负载、二极管Dn2及开关管Sn3构成放电回路1，回路方程为：Ldidta+iR=0]]>可得：R为负载电阻，L为负载电感；(10)在步骤(9)基础上，当Vgn3’信号由高电平变为低电平，此时单个功率模块的工作模式是由二极管Dn4、负载、电源构成的放电回路2，回路方程为：U为电源电压；其中，i0为经过上一个放电回路后负载上输出的电流值；可得：i=C*e-RLtb-UR;]]>(11)步骤(9)和步骤(10)中的ta和tb分别是放电回路1和放电回路2的放电时间，采用不对称规则采样法的SPWM脉冲生成方法转换为计算放电时间ta和tb，直到通过放电电路计算出步骤(9)或步骤(10)中负载输出的电流值i＝0或i<0；(12)计算出的时间ta与tb之和就为步骤(8)记载的负载在一个调制周期内，Vgn1信号变低后放电到零所用总时间tx，设一个方波信号为Vgx，其占空比为：D=Tx/2+txTx×100%]]>Tx为Vgx的周期；(13)将步骤(6)得到的PWM信号Vgn3’与步骤(12)得到的方波信号Vgx进行逻辑与运算，得到单个功率模块斩波臂上功率器件的一路驱动信号Vgn3；(14)将步骤(12)的方波信号Vgx向前移180°，得到Vgx’信号；(15)将步骤(6)得到的PWM信号Vgn4’与步骤(14)得到的方波信号Vgx’进行逻辑与运算，得到单个功率模块斩波臂上功率器件的另一路驱动信号Vgn4。