一种适用于混合级联H桥多电平逆变器的三倍频载波移相调制方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于电压比为1∶1∶3∶3类型的混合级联H桥多电平逆变器的三倍频载波移相调制方法。该方法首先将基准正弦信号vref取绝对值得调制信号vm，调制信号vm与主三角载波信号vca、vcb，辅三角载波信号vcr1、vcr2、vcr3、vcr4和电压恒值3E进行比较，得到七个逻辑脉冲信号A、B、R1、R2、R3、R4、P，基准正弦信号vref与零电压比较得极性脉冲信号D。然后将这七个逻辑脉冲信号和极性脉冲信号经过驱动逻辑分配单元来产生一种优化的PWM驱动信号。本发明专利技术的方法可以保证所述多电平逆变器在满足主功率单元功率均衡分配的情况下，通过加入两个辅助单元实现逆变器输出电平数的增加及输出电压的三倍频作用。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于混合级联H桥多电平逆变器的三倍频载波移相调制方法
本专利技术属于多电平变流器PWM
，具体涉及一种适用于电压比为1∶1∶3∶3类型的混合级联H桥多电平逆变器的三倍频载波移相调制方法。
技术介绍
随着高压大功率应用领域对变换器性能要求的不断提高，多电平逆变技术能够使用耐压低、频率高的开关器件满足高压场合而受到广泛关注。常见的多电平变换器有二极管钳位型、飞跨电容型和级联H桥型等。随着输出电平数的增加，传统的多电平逆变器所需开关器件数量多，结构复杂，很大程度上限制了其实用化。混合级联多电平逆变器与传统的多电平逆变器相比，在输出相同电平数的情况下，减少了开关器件与直流源的数量，简化了系统结构，节约了成本，是多电平逆变器的发展方向。由于各级联单元相互独立，当传递有功功率时，需要考虑功率均衡问题。调制方法本身的特性造成了各个级联单元输出功率不同，使得电池充放电不平衡，引起如蓄电池，太阳能电池等输入电源间电压差别增大，造成逆变器输出特性变差，同时还会引起各单元电池使用寿命不相同，致使系统维护成本增加，因此需要对各个级联单元输出功率进行均衡控制。研究发现，载波移相调制用于等压级联H桥型拓扑时可以自然实现功率均衡，但对于直流侧电压不等的混合级联H桥拓扑而言，该方法难以直接采用。图1所示是一种直流侧电压比为1∶1∶3∶3类型的混合级联H桥多电平逆变器拓扑，其由n个H桥单元级联而成。所谓1∶1∶3∶3类型是指在该混合级联逆变器中，单元1和单元2为辅助单元，直流侧均为电容，且直流侧电压Vdc1＝Vdc2＝E；其余n-2个级联单元为主功率单元，直流侧均为电压源，且直流侧电压Vdc3＝Vdc4＝…＝Vdcn＝3E。级联单元的交流侧输出电压为voi(i＝1，2，3，…，n)，逆变器的交流侧输出电压为vo。采用本专利技术的三倍频载波移相调制方法在满足主功率单元输出功率均衡分配的基础之上，通过加入两个辅助单元可以实现：1)输出电平数的增加。除两个辅助单元以外，其余n-2个主功率单元的总输出电平数为2(n-2)+1，加上辅助单元之后，总输出电平数可达6(n-2)+1。2)输出电压等效开关频率增加。采用本专利技术的调制方法，n-2个主功率单元输出等效开关频率原本为开关管实际开关频率的n-2倍。加上两个辅助单元之后，逆变器输出电压等效开关频率为主功率单元开关管实际开关频率的3(n-2)倍。因此，本专利技术在保持主功率单元输出功率均衡分配的同时，通过加入两个辅助单元大大提高了系统的输出特性，具有重要的理论及现实意义。本专利技术以4个级联单元为例，详细分析适用于该类型拓扑的三倍频载波移相调制原理及实现方法。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是提出一种适用于电压比为1∶1∶3∶3类型的混合级联H桥多电平逆变器的三倍频载波移相调制方法，在满足主功率单元输出功率均衡分配的情况下，通过加入两个辅助单元实现逆变器输出电平数及输出电压等效开关频率的倍增，从而改善系统的输出特性，提高该多电平逆变器的实用性。技术方案本专利技术的技术方案如下：(1)该混合级联H桥多电平逆变器由n个H桥单元级联而成，其中，单元1和单元2为辅助单元，直流侧均为电容，且直流侧电压Vdc1＝Vdc2＝E；其余n-2个级联单元为主功率单元，直流侧均为电压源，且直流侧电压Vdc3＝Vdc4＝…＝Vdcn＝3E。(2)该方法的实现电路包括逻辑脉冲发生单元和驱动逻辑分配单元两部分。逻辑脉冲发生单元由基准正弦信号(vref)、绝对值运算电路(Abs)、主三角载波信号(vca、vcb)和辅三角载波信号(vcr1、vcr2、vcr3、vcr4)、电压恒值3E和八个比较器(T1～T8)组成；驱动逻辑分配单元由十二个双输入与门(Y1～Y12)、九个双输入或门(Z1～Z9)和十四个非门(X1～X14)组成。其中，主三角载波信号(vca、vcb)的频率均为fc，峰峰值均为6E，辅三角载波信号(vcr1、vcr2、vcr3、vcr4)的频率均为2fc，峰峰值均为3E。主三角载波信号vca和主三角载波信号vcb均介于0和6E之间，辅三角载波信号vcr1和辅三角载波信号vcr2均介于0和3E之间，辅三角载波信号vcr3和辅三角载波信号vcr4均介于3E和6E之间。以主三角载波信号的周期为基准，主三角载波信号vca和主三角载波信号vcb相位互差180°；辅三角载波信号vcr1和辅三角载波信号vcr2相位相差60°，且两个辅三角载波信号与零参考线的交点和两个主三角载波信号与零参考线的交点均匀分布，相邻交点之间的相位差均为60°；辅三角载波信号vcr3和辅三角载波信号vcr4相位相差60°，且两个辅三角载波信号与电压恒值6E的交点和两个主三角载波信号与电压恒值6E的交点均匀分布，相邻交点之间的相位差均为60°。(3)在逻辑脉冲发生单元中：基准正弦信号vref接绝对值运算电路Abs的输入端，绝对值运算电路Abs的输出信号为调制信号vm，调制信号vm分别接入比较器T1～T2、T4～T8的正相输入端，主三角载波信号vca接比较器T1的反相输入端，主三角载波信号vcb接比较器T2的反相输入端，辅三角载波信号vcr1接比较器T4的反相输入端，辅三角载波信号vcr2接比较器T5的反相输入端，辅三角载波信号vcr3接比较器T6的反相输入端，辅三角载波信号vcr4接比较器T7的反相输入端，电压恒值3E接比较器T8的反相输入端，基准正弦信号vref接比较器T3的正相输入端，比较器T3的反相输入端接零参考电位。(4)在驱动逻辑分配单元中：比较器T8输出端经非门X8后和比较器T4的输出端接与门Y4的两个输入端，与门Y4的输出端和比较器T6的输出端接或门Z4的两个输入端，或门Z4的输出端和比较器T3的输出端接与门Y7的两个输入端，或门Z4的输出端接非门X9，比较器T3的输出端经非门X3后和非门X9的输出端接与门Y10的两个输入端，与门Y7的输出端和与门Y10的输出端接或门Z7的两个输入端，或门Z7的输出信号作为开关管Q11的驱动信号，或门Z7的输出端接非门X12后的输出信号作为开关管Q12的驱动信号；比较器T8输出端经非门X8后和比较器T5的输出端接与门Y5的两个输入端，与门Y5的输出端和比较器T7的输出端接或门Z5的两个输入端，或门Z5的输出端和比较器T3的输出端接与门Y8的两个输入端，或门Z5的输出端接非门X10，比较器T3的输出端经非门X3后和非门X10的输出端接与门Y11的两个输入端，与门Y8的输出端和与门Y11的输出端接或门Z8的两个输入端，或门Z8的输出信号作为开关管Q21的驱动信号，或门Z8的输出端接非门X13后的输出信号作为开关管Q22的驱动信号；比较器T1输出端和比较器T2输出端接与门Y3的两个输入端，比较器T1输出端和比较器T2输出端接或门Z3的两个输入端，比较器T8输出端经非门X8后和或门Z3的输出端接与门Y6的两个输入端，与门Y6的输出端和与门Y3的输出端接或门Z6的两个输入端，或门Z6的输出端和比较器T3的输出端接与门Y9的两个输入端，或门Z6的输出端接非门X11，比较器T3的输出端经非门X3后和非门X11的输出端接与门Y12的两个输入端，与门Y9的输出端和与门Y12的输出端接或门Z9的两个输入端，或门Z9的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于混合级联H桥多电平逆变器的三倍频载波移相调制方法，其特征在于：该方法的实现电路包括逻辑脉冲发生单元和驱动逻辑分配单元两部分，其中逻辑脉冲发生单元由基准正弦信号vref、绝对值运算电路Abs、主三角载波信号vca、主三角载波信号vcb、辅三角载波信号vcr1、辅三角载波信号ver2、辅三角载波信号vcr3、辅三角载波信号vcr4、电压恒值3E和八个比较器T1～T8组成；驱动逻辑分配单元由十二个双输入与门Y1～Y12、九个双输入或门Z1～Z9和十四个非门X1～X14组成，基准正弦信号vref接绝对值运算电路Abs的输入端，绝对值运算电路Abs的输出信号为调制信号vm，调制信号vm分别接入比较器T1～T2、T4～T8的正相输入端，主三角载波信号vca接比较器T1的反相输入端，主三角载波信号vcb接比较器T2的反相输入端，辅三角载波信号vcr1接比较器T4的反相输入端，辅三角载波信号vcr2接比较器T5的反相输入端，辅三角载波信号vcr3接比较器T6的反相输入端，辅三角载波信号vcr4接比较器T7的反相输入端，电压恒值3E接比较器T8的反相输入端，基准正弦信号vref接比较器T3的正相输入端，比较器T3的反相输入端接零参考电位，比较器T8输出端经非门X8后和比较器T4的输出端接与门Y4的两个输入端，与门Y4的输出端和比较器T6的输出端接或门Z4的两个输入端，或门Z4的输出端和比较器T3的输出端接与门Y7的两个输入端，或门Z4的输出端接非门X9，比较器T3的输出端经非门X3后和非门X9的输出端接与门Y10的两个输入端，与门Y7的输出端和与门Y10的输出端接或门Z7的两个输入端，或门Z7的输出信号作为开关管Q11的驱动信号，或门Z7的输出端接非门X12后的输出信号作为开关管Q12的驱动信号；比较器T8输出端经非门X8后和比较器T5的输出端接与门Y5的两个输入端，与门Y5的输出端和比较器T7的输出端接或门Z5的两个输入端，或门Z5的输出端和比较器T3的输出端接与门Y8的两个输入端，或门Z5的输出端接非门X10，比较器T3的输出端经非门X3后和非门X10的输出端接与门Y11的两个输入端，与门Y8的输出端和与门Y11的输出端接或门Z8的两个输入端，或门Z8的输出信号作为开关管Q21的驱动信号，或门Z8的输出端接非门X13后的输出信号作为开关管Q22的驱动信号；比较器T1输出端和比较器T2输出端接与门Y3的两个输入端，比较器T1输出端和比较器T2输出端接或门Z3的两个输入端，比较器T8输出端经非门X8后和或门Z3的输出端接与门Y6的两个输入端，与门Y6的输出端和与门Y3的输出端接或门Z6的两个输入端，或门Z6的输出端和比较器T3的输出端接与门Y9的两个输入端，或门Z6的输出端接非门X11，比较器T3的输出端经非门X3后和非门X11的输出端接与门Y12的两个输入端，与门Y9的输出端和与门Y12的输出端接或门Z9的两个输入端，或门Z9的输出信号作为开关管Q13和Q23的驱动信号，或门Z9的输出端接非门X14后的输出信号作为开关管Q14和Q24的驱动信号；比较器T1输出端经非门X1后和比较器T3的输出端接或门Z1的两个输入端，或门Z1的输出信号作为开关管Q31的驱动信号，或门Z1的输出端接非门X5后的输出信号作为开关管Q32的驱动信号；比较器T1的输出端和比较器T3的输出端接与门Y1的两个输入端，与门Y1的输出信号作为开关管Q34的驱动信号，与门Y1的输出端接非门X4后的输出信号作为开关管Q33的驱动信号；比较器T2输出端经非门X2后和比较器T3的输出端接或门Z2的两个输入端，或门Z2的输出信号作为开关管Q41的驱动信号，或门Z2的输出端接非门X7后的输出信号作为开关管Q42的驱动信号；比较器T2的输出端和比较器T3的输出端接与门Y2的两个输入端，与门Y2的输出信号作为开关管Q44的驱动信号，与门Y2的输出端接非门X6后的输出信号作为开关管Q43的驱动信号。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于混合级联H桥多电平逆变器的三倍频载波移相调制方法，其特征在于：该方法的实现电路包括逻辑脉冲发生单元和驱动逻辑分配单元两部分，其中逻辑脉冲发生单元由基准正弦信号vref、绝对值运算电路Abs、主三角载波信号vca、主三角载波信号vcb、辅三角载波信号vcr1、辅三角载波信号ver2、辅三角载波信号vcr3、辅三角载波信号vcr4、电压恒值3E和八个比较器T1～T8组成；驱动逻辑分配单元由十二个双输入与门Y1～Y12、九个双输入或门Z1～Z9和十四个非门X1～X14组成，基准正弦信号vref接绝对值运算电路Abs的输入端，绝对值运算电路Abs的输出信号为调制信号vm，调制信号vm分别接入比较器T1～T2、T4～T8的正相输入端，主三角载波信号vca接比较器T1的反相输入端，主三角载波信号vcb接比较器T2的反相输入端，辅三角载波信号vcr1接比较器T4的反相输入端，辅三角载波信号vcr2接比较器T5的反相输入端，辅三角载波信号vcr3接比较器T6的反相输入端，辅三角载波信号vcr4接比较器T7的反相输入端，电压恒值3E接比较器T8的反相输入端，基准正弦信号vref接比较器T3的正相输入端，比较器T3的反相输入端接零参考电位，比较器T8输出端经非门X8后和比较器T4的输出端接与门Y4的两个输入端，与门Y4的输出端和比较器T6的输出端接或门Z4的两个输入端，或门Z4的输出端和比较器T3的输出端接与门Y7的两个输入端，或门Z4的输出端接非门X9，比较器T3的输出端经非门X3后和非门X9的输出端接与门Y10的两个输入端，与门Y7的输出端和与门Y10的输出端接或门Z7的两个输入端，或门Z7的输出信号作为开关管Q11的驱动信号，或门Z7的输出端接非门X12后的输出信号作为开关管Q12的驱动信号；比较器T8输出端经非门X8后和比较器T5的输出端接与门Y5的两个输入端，与门Y5的输出端和比较器T7的输出端接或门Z5的两个输入端，或门Z5的输出端和比较器T3的输出端接与门Y8的两个输入端，或门Z5的输出端接非门X10，比较器T3的输出端经非门X3后和非门X10的输出端接与门Y11的两个输入端，与门Y8的输出端和与门Y11的输出端接或门Z8的两个输入端，或门Z8的输出信号作为开关管Q21的驱动信号，或门Z8的输出端接非门X13后的输出信号作为开关管Q22的驱动信号；比较器T1输出端和比较器T2输出端接与门Y3的两个输入端，比较器T1输出端和比较器T2输出端接或门Z3的两个输入端，比较器T8输出端经非门X8后和或门Z3的输出端接与门Y6的两个输入端，与门Y6的输出端和与门Y3的输出端接或门Z6的两个输入端，或门Z6的输出端和比较器T3的输出端接与门Y9的两个输入端，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仲，刘亚云，许亚明，那显龙，孙健博，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32