考虑中性臂损耗的四桥臂逆变器最小开关损耗调制方法技术

本发明专利技术提出一种考虑中性臂损耗的四桥臂逆变器最小开关损耗调制方法，涉及电力电子的技术领域，解决了当前单一的离散脉宽调制方法实现开关损耗最小化时受应用条件限制的问题，本发明专利技术以中性臂的调制波为基础，通过比较电压最大值和电压最小值在三相四桥臂逆变器中所在相的电流幅值的绝对值大小，从而钳位四桥臂调制波幅值，得到控制三相四桥臂逆变器中开关管的脉冲驱动信号，本发明专利技术避免了复杂的坐标轴变换和计算，且不依赖于局限的条件如相位因素等，以便在实际应用时最大程度的减小三相四桥臂逆变器的开关损耗。臂逆变器的开关损耗。臂逆变器的开关损耗。

【技术实现步骤摘要】
考虑中性臂损耗的四桥臂逆变器最小开关损耗调制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子的
，更具体地，涉及一种考虑中性臂损耗的四桥臂逆变器最小开关损耗调制方法。

技术介绍

[0002]三相四桥臂逆变器是实现三相四线制从而得到线电压和相电压的一种非常有效的方式，经常用于逆变电源、有源滤波器、电能质量综合补偿器和UPS上，用来提供由不平衡负载或非线性负载引起的中线电流。三相四桥臂逆变器是为了适应不平衡负载而增加了一个中性点桥臂(本专利简称中性臂)，这个桥臂是三相共用的，三相四桥臂逆变器实际上是三个单相逆变器的组合。
[0003]脉宽调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。目前，为降低开关损耗，通常需要对传统的连续脉宽调制控制策略进行改善，使三相四桥臂逆变器在每个开关周期内，总有一对开关管的开关状态不进行变化，以此来降低开关切换次数，进而减少系统的开关损耗，改善后的调制方式称为离散脉宽调制(Discontinuous Pulse Width Modulation，DPWM)。常见的DPWM有DPWMMAX、DPWMMIN、DPWM0、DPWM1、DPWM2、DPWM3等六种不同的方法。虽然上述的几种DPWM都能有效地减少开关损耗，但均只在固定的功率因素下才能最小化开关损耗(比如，DPMW1只在电压和电流同相位时才能最小化开关损耗)，此外，在三相四桥臂逆变器的拓扑结构下，最小开关损耗调制策略还需将中性臂的开关损耗进行考虑。当三相四桥臂逆变器携带的负载为感性或者容性负载时，随着负载参数的变化，逆变器的输出电压和输出电流的相位差也将发生变化，此时，单一DPWM将无法完全实现开关损耗最小化的要求。
[0004]2017年3月22日，中国专利技术专利(公布号：CN106533236A)中公开了一种三电平逆变器的最小开关损耗实现方法，考虑了当前DPWM中的一些策略只有在特定的调制比和功率因数角范围内才能够较好的减少开关损耗的缺陷，该专利提出从开关损耗产生的原理出发，钳位最大电流相的调制波，根据网侧电流绝对值大小关系和电压矢量所处的区域来调节共模电压系数以实现基于最大电流相调制波钳位的策略，从而最大程度的减小开关损耗，但在此过程中，关于注入系数坐标轴的变换和繁杂的计算，耗时长。

技术实现思路

[0005]为解决当前单一的离散脉宽调制方法实现开关损耗最小化时受应用条件限制的问题，本专利技术提出一种考虑中性臂损耗的四桥臂逆变器最小开关损耗调制方法，以中性臂的调制波为基础，钳位四桥臂调制波幅值，避免复杂的坐标轴变换和计算，且不依赖于局限的条件，最大程度的减小三相四桥臂逆变器的开关损耗。
[0006]为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种考虑中性臂损耗的四桥臂逆变器最小开关损耗调制方法，至少包括以下步
骤：
[0008]S1.设同一时刻三相四桥臂逆变器中a、b、c三相桥臂中点与中性臂f中点的电压差分别表示为V
af
，V
bf
，V
cf
；V
af
，V
bf
，V
cf
的最大值为V
max
和最小值为V
min
，三相四桥臂逆变器直流母线电压为V
dc
；
[0009]S2.分别比较V
max
与0的大小、V
max
与0的大小，得到比较结果，再比较V
max
和V
min
所在相的电流的幅值的绝对值的大小，求取不同比较结果下中性臂f的中点对地电压V
fo
，将此时中性臂f的中点对地电压V
fo
作为中性臂调制波；
[0010]S3.将中性臂调制波V
fo
分别叠加到a、b、c三相桥臂中点与中性臂f中点的电压差V
af
，V
bf
，V
cf
上，形成a相桥臂调制波、b相桥臂调制波及c相桥臂调制波；
[0011]S4.采用三角波比较法，将中性臂调制波、a相桥臂调制波、b相桥臂调制波及c相桥臂调制波分别与固定频率的三角波进行比较，得到控制三相四桥臂逆变器中开关管的脉冲驱动信号。
[0012]优选地，a相桥臂中点对地电压V
ao
表达式为：
[0013]V
ao
＝V
af
+V
fo
[0014]b相桥臂中点对地电压V
ao
表达式为：
[0015]V
bo
＝V
bf
+V
fo
[0016]c相桥臂中点对地电压V
ao
表达式为：
[0017]V
co
＝V
cf
+V
fo
[0018]其中，V
fo
表示中性臂f中点对地电压，a相、b相、c相桥臂中点对地电压的取值范围均为
‑
V
dc
/2～V
dc
/2，同一时刻三相四桥臂逆变器中a、b、c三相桥臂中点与中性臂f中点的电压差分别表示为V
af
，V
bf
，V
cf
；V
af
，V
bf
，V
cf
的最大值，中间值以及最小值分别如下：
[0019]V
max
＝max(V
af
,V
bf
,V
cf
)
[0020]V
mid
＝mid(V
af
,V
bf
,V
cf
)
[0021]V
min
＝min(V
af
,V
bf
,V
cf
)
[0022]则中性臂f中点对地电压V
fo
的取值范围为：
[0023][0024]在取值范围内，中性臂f中点对地电压V
fo
能取任意值。
[0025]优选地，步骤S2所述分别比较V
max
与0的大小、V
max
与0的大小，得到的比较结果包括：
[0026]V
max
<0、V
min
>0、V
max
>＝0及V
min
<＝0；
[0027]不同比较结果下中性臂f的中点对地电压V
fo
的求取表达式为：
[0028][0029]当V
max
<0时，
[0030][0031]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑中性臂损耗的四桥臂逆变器最小开关损耗调制方法，其特征在于，至少包括以下步骤：S1.设同一时刻三相四桥臂逆变器中a、b、c三相桥臂中点与中性臂f中点的电压差分别表示为V
af
，V
bf
，V
cf
；V
af
，V
bf
，V
cf
的最大值为V
max
和最小值为V
min
，三相四桥臂逆变器直流母线电压为V
dc
；S2.分别比较V
max
与0的大小、V
max
与0的大小，得到比较结果，再比较V
max
和V
min
所在相的电流的幅值的绝对值的大小，求取不同比较结果下中性臂f的中点对地电压V
fo
，将此时中性臂f的中点对地电压V
fo
作为中性臂调制波；S3.将中性臂调制波V
fo
分别叠加到a、b、c三相桥臂中点与中性臂f中点的电压差V
af
，V
bf
，V
cf
上，形成a相桥臂调制波、b相桥臂调制波及c相桥臂调制波；S4.采用三角波比较法，将中性臂调制波、a相桥臂调制波、b相桥臂调制波及c相桥臂调制波分别与固定频率的三角波进行比较，得到控制三相四桥臂逆变器中开关管的脉冲驱动信号。2.根据权利要求1所述的考虑中性臂损耗的四桥臂逆变器最小开关损耗调制方法，其特征在于，a相桥臂中点对地电压V
ao
表达式为：V
ao
＝V
af
+V
fo
b相桥臂中点对地电压V
ao
表达式为：V
bo
＝V
bf
+V
fo
c相桥臂中点对地电压V
ao
表达式为：V
co
＝V
cf
+V
fo
其中，V
fo
表示中性臂f中点对地电压，a相、b相、c相桥臂中点对地电压的取值范围均为
‑
V
dc
/2～V
dc
/2，同一时刻三相四桥臂逆变器中a、b、c三相桥臂中点与中性臂f中点的电压差分别表示为V
af
，V
bf
，V
cf
；V
af
，V
bf
，V
cf
的最大值，中间值以及最小值分别如下：V
max
＝max(V
af
,V
bf
,V
cf
)V
mid
＝mid(V
af
,V
bf
,V
cf
)V
min
＝min(V
af
,V
bf
,V
cf
)则中性臂f中点对地电压V
fo
的取值范围为：在取值范围内，中性臂f中点对地电压V
fo
能取任意值。3.根据权利要求2所述的考虑中性臂损耗的四桥臂逆变器最小开关损耗调制方法，其特征在于,步骤S2所述分别比较V
max
与0的大小、V
max
与0的大小，得到的比较结果包括：V
max
<0、V
min
>0、V
max
>＝0及V
min
<＝0；不同比较结果下中性臂f的中点对地电压V
fo
的求取表达式为：
当V
max
<0时，当V
min
>0时，当V
max
>＝0且V
min
<＝0时,其中，k表示二进制值，I
f
为中性臂f的电流，I
max
为V...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志，郑柳鹏，高胜，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：