一种基于混合载波的多电平PWM调制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混合载波的多电平PWM调制方法。该方法首先将基准正弦信号vref取绝对值得高压单元的调制信号vm(abs)，进而通过比较和运算得低压单元的调制信号vm(LVC)。高压单元的调制信号与频率为f2的三角载波信号vtrb比较得逻辑脉冲信号B，同时与电压参考信号vrh比较得逻辑脉冲信号P。低压单元的调制信号分别与频率为f1的三角载波信号vtra和vtrc比较得逻辑脉冲信号A和C。基准正弦信号与零电压比较得极性脉冲信号D。然后将这四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。本发明专利技术方法不存在功率倒灌问题，并且优化了逆变器高低压单元的等效开关频率。

【技术实现步骤摘要】

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 : 2的 混合级联H桥七电平逆变器的基于混合载波的多电平PffM调制方法。
技术介绍
在电力电子领域，尤其是中高压、大功率应用场合，多电平变换器得到越来越多的 关注和应用。与传统的两电平变换器相比，多电平变换器在改善输出电压波形质量，降低开 关管的电压应力等方面具有明显的优势。上世纪90年代末，印度学者M. D. Manjrekar提出 了直流侧电压比为1 : 2的混合级联H桥七电平逆变器拓扑，其结构如图1所示。该拓扑 由传统的等压级联H桥逆变器发展而来，在相等的级联单元个数下可以输出更多的电平， 减少了开关器件和隔离电源的数目，因而备受关注，成为中高压、大功率应用领域的研究热 点。 混合级联多电平变换器的发展，对其调制策略的研究和改善提出了新的要求。图1 所示拓扑的混合调制原理如图2所示，高压单元低频工作，低压单元高频工作。这种方法合 理地利用了不同电压等级开关器件的工作特点，同时输出为连续变化的七电平PWM波形， 谐波特性好。然而，在一定的调制比范围内，低压单元存在功率倒灌问题。为了解决这个问 题，低压单元直流侧可以采用可控整流桥来代替二极管不控整流桥，此时能量可以双向流 动，从而保持其直流侧电压的稳定。但是这种方法结构和控制比较复杂，大大增加了逆变装 置的体积和成本，制约了该拓扑的实用性。 因此，有必要对传统的调制方法进行改进，从而促进混合多电平拓扑的发展和实 用化。如何在不增加系统成本的情况下，既能保证系统良好的输出特性，又能解决混合调制 方法固有的功率倒灌问题，同时尽可能降低高压单元的开关频率具有重要的现实意义。
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混合级联H桥七电平逆变器的基于混合载波的 多电平PffM调制方法，一方面解决传统混合调制策略固有的功率倒灌问题，另一方面降低 高压单元的开关频率，同时提高低压单元的等效输出频率，能够在不增加系统成本的情况 下，保证系统良好的输出特性，提高该多电平逆变器的效率和实用性。 技术方案 本专利技术的技术方案如下： (1)该方法的实现电路包括调制波发生单元U1、逻辑脉冲发生单元U2和驱动逻辑 分配单元U3三部分。调制波发生单元Ul由基准正弦信号（Vraf)、电压参考信号（vj、全波 整流电路（Abs)、一个比较器（T1)、比例运算电路（K)和求和电路（J)组成；逻辑脉冲发生 单元U2由四个比较器（T2~T5)和三角载波信号（vtra，v tA，VtlJ组成；驱动逻辑分配单元 U3由七个双输入与门化~Y7)、四个双输入或门（Z1-Z4)和七个非门（X 1-X7)组成。其 中，三角载波信号Vtrt峰峰值为E，位于零参考线上方，并且介于E和2E之间，频率为f 2,三 角载波信号Vtra和三角载波信号V trc峰峰值为2E，介于-E和E之间，相位相差180°，频率 均为 A (f2< f i)。 ⑵在调制波发生单元Ul中：基准正弦信号Vref接全波整流电路Abs的输入端，其 输出端为高压单元的调制信号&abs);高压单元的调制信号VniUbs)接入比较器T 1的正相输入 端，电压参考信号Vj妾入比较器T i的反相输入端，比较器T i的输出端为逻辑脉冲信号P ; 逻辑脉冲信号P接入比例运算电路K的输入端，比例运算电路K的输出信号与高压单元的 调制信号Vnifebs)同时接入求和电路J，经过差运算得到低压单元的调制信号V 4VC)。 ⑶在逻辑脉冲发生单元U2中：高压单元的调制信号v_bs)接入比较器T 2的正相 输入端，三角载波信号Vttb接入比较器T 2的反相输入端；低压单元的调制信号V 分别接 入比较器1~3和T 4的正相输入端，三角载波信号V 接入比较器T 3的反相输入端，三角载波 信号VtlJ妾入比较器T 4的反相输入端；基准正弦信号V μ接入比较器T 5的正相输入端，比 较器1的反相输入端接零参考电位。 (4)在驱动逻辑分配单元U3中：比较器T5输出的极性脉冲信号D作为开关管Q 21的驱动信号，比较器T5输出端接非门X3后的输出信号作为开关管Q22的驱动信号；比较器T 2的输出信号B和极性脉冲信号D接与门Y3的两个输入端，比较器T 2的输出端经非门X 1后 和开关管Qm的驱动信号接与门Y 5的两个输入端，与门Y ；?的输出端和与门Y 5的输出端接或 门Z3的两个输入端，或门Z 3的输出信号作为开关管Q 24的驱动信号，或门Z 3的输出端接非 门乂5后的输出信号作为开关管Q 213的驱动信号；比较器T 4的输出信号A和比较器T5的输出 信号D接与门Y1的两个输入端，比较器T 4的输出端经非门X 2后和开关管Q 22的驱动信号接 与门Y2的两个输入端，与门Y i的输出端和与门Y 2的输出端接或门Z 2的两个输入端，或门Z 2的输出信号作为开关管Q11的驱动信号，或门Z 2的输出端接非门X 7后的输出信号作为开关 管Q12的驱动信号；比较器T 2的输出端经非门X i后和比较器T i的输出信号P接或门Z屈 两个输入端，比较器T3的输出信号C和或门Z i的输出端接与门Y 4的两个输入端，与门Y 4的 输出端和比较器T5的输出端接与门Y7的两个输入端，与门Y 4的输出端经非门乂4后和开关 管Q22的驱动信号接与门Y 6的两个输入端，与门Y 7的输出端和与门Y 6的输出端接或门Z 4的 两个输入端，或门24的输出信号作为开关管Q 14的驱动信号，或门Z 4的输出端接非门X 6后 的输出信号作为开关管Qi:?的驱动信号。 有益效果 本专利技术的方法可以保证混合级联H桥七电平逆变器高、低压单元协同工作，合成 高频调制的七电平输出电压波形。同时，两级联单元输出电压极性始终相同，在全调制比范 围内不存在功率倒灌问题。此外，高压单元在区间和内采用频率较低的 载波进行PWM调制，降低了开关频率；低压单元在该区间内与高压单元互补工作，在其余区 间内采用频率较高的载波进行倍频调制，改善了输出电压的谐波特性。【附图说明】 下面结合附图和实施例对本专利技术专利作进一步说明。 图1是混合级联H桥七电平逆变器主电路。 图2是已提出的混合调制策略原理图。 图3是本专利技术所提的基于混合载波的多电平PffM调制方法高压单元的调制原理。 图4是本专利技术所提的基于混合载波的多电平PffM调制方法低压单元的调制原理。 图5是本专利技术所提的基于混合载波的多电平PffM调制方法电路实现示意图。 图6是应用本专利技术所提的基于混合载波的多电平PffM调制方法后，在不同调制比 M下的输出情况，图中从上到下分别是混合级联H桥七电平逆变器低、高压单元输出电压波 形以及合成后的逆变器总输出电压波形。， 图7是调制比为0.9时，在输出电压区间内，低压单元开关管的驱动信 号以及低压单元输出电压波形。【具体实施方式】 本专利技术提出的适用于混合级联H桥七电平逆变器的基于混合载波的多电平PffM调 制方法，其在各电压区间内的PWM波形合成方式如当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合载波的多电平PWM调制方法，其特征在于：该方法的实现电路包括调制波发生单元U1、逻辑脉冲发生单元U2和驱动逻辑分配单元U3三部分，其中调制波发生单元U1由基准正弦信号vref、电压参考信号vrh、全波整流电路Abs、一个比较器T1、比例运算电路K和求和电路J组成；逻辑脉冲发生单元U2由四个比较器T2～T5和三角载波信号vtra，三角载波信号vtrb，三角载波信号vtrc组成；驱动逻辑分配单元U3由七个双输入与门Y1～Y7、四个双输入或门Z1～Z4和七个非门X1～X7组成，基准正弦信号vref接全波整流电路Abs的输入端，全波整流电路Abs的输出端为高压单元的调制信号vm(abs)，高压单元的调制信号vm(abs)接入比较器T1的正相输入端，电压参考信号vrh接入比较器T1的反相输入端，比较器T1的输出端为逻辑脉冲信号P，逻辑脉冲信号P接入比例运算电路K的输入端，比例运算电路K的输出信号与高压单元的调制信号vm(abs)同时接入求和电路J，经过差运算得到低压单元的调制信号vm(LVC)，高压单元的调制信号vm(abs)接入比较器T2的正相输入端，三角载波信号vtrb接入比较器T2的反相输入端；低压单元的调制信号vm(LVC)分别接入比较器T3和T4的正相输入端，三角载波信号vtrc接入比较器T3的反相输入端，三角载波信号vtra接入比较器T4的反相输入端；基准正弦信号vref接入比较器T5的正相输入端，比较器T5的反相输入端接零参考电位，比较器T5输出的极性脉冲信号D作为开关管Q21的驱动信号，比较器T5输出端接非门X3后的输出信号作为开关管Q22的驱动信号；比较器T2输出的逻辑脉冲信号B和极性脉冲信号D接与门Y3的两个输入端，比较器T2的输出端经非门X1后和开关管Q22的驱动信号接与门Y5的两个输入端，与门Y3的输出端和与门Y5的输出端接或门Z3的两个输入端，或门Z3的输出信号作为开关管Q24的驱动信号，或门Z3的输出端接非门X5后的输出信号作为开关管Q23的驱动信号；比较器T4输出的逻辑脉冲信号A和极性脉冲信号D接与门Y1的两个输入端，比较器T4的输出端经非门X2后和开关管Q22的驱动信号接与门Y2的两个输入端，与门Y1的输出端和与门Y2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Q11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Q12的驱动信号；比较器T2的输出端经非门X1后和比较器T1输出的逻辑脉冲信号P接或门Z1的两个输入端，比较器T3输出的逻辑脉冲信号C和或门Z1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T5的输出端接与门Y7的两个输入端，与门Y4的输出端经非门X4后和开关管Q22的驱动信号接与门Y6的两个输入端，与门Y7的输出端和与门Y6的输出端接或门Z4的两个输入端，或门Z4的输出信号作为开关管Q14的驱动信号，或门Z4的输出端接非门X6后的输出信号作为开关管Q13的驱动信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仲，许亚明，刘亚云，那显龙，
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