单直流电源输入九电平逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术公布了一种单直流电源输入九电平逆变器及其控制方法，主电路由前级单输入多输出DC

【技术实现步骤摘要】
单直流电源输入九电平逆变器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及多电平逆变器
，尤其涉及一种单直流电源输入九电平逆变器及其控制方法。

技术介绍

[0002]H桥级联逆变器在电力传动、光伏并网发电、电动汽车驱动等领域中有着重要应用。H桥级联型逆变器使用低耐压开关器件即可实现高压输出，电压变化率dV/dt小、输出电压电平数多，具有效率高、电磁干扰低、输出电压谐波特性好以及易于实现模块化等优点。与传统的直流母线电压均衡型H桥级联逆变器相比，在级联单元数相等时，直流母线电压不平衡型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。
[0003]从拓扑结构考虑，传统方案的缺陷在于需要为不平衡型级联逆变器提供相互独立的直流电源，这使系统结构复杂，并且增加了系统的成本，特别是难以用于只有单个电源供电的场合。另外，从控制角度考虑，传统方案在级联功率单元较少的场合，尤其功率单元数在三个以内时，功率单元开关器件低频工作，输出低频PWM电压，导致输出谐波特性较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，克服直流母线不平衡三单元级联型逆变器不适用于单直流电源供电以及输出谐波特性较差。
[0005]为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种能够适用于单直流电源供电并能产生高频PWM电压的单直流电源输入九电平逆变器及其控制方法，主电路由前级单输入多输出DC
‑
DC变换器与后级直流母线电压比值为2∶1∶1三单元H桥级联逆变器构成。前级DC
‑<br/>DC变换器输入端跨接电压值为2E的直流电源以及由两个半桥组成的H桥，各半桥由两个带反并联二极管的全控开关管串联而成，两半桥中点与高频变压器原边绕组相连，高频变压器三个副边绕组分别经二极管不控整流获得电压值分别为E、2E与E的三个直流电压。后级H桥级联逆变器中，低频工作功率单元1输入电压为E，低频工作功率单元2输入电压为2E，高频工作功率单元3输入电压为E，每个功率单元中输入侧跨接一个由两个半桥组成的H桥，各半桥由两个带反并联二极管的全控开关管串联而成。当调制波Vm＞3E时，低频工作功率单元1输出电平+E，低频工作功率单元2输出电平+2E；当2E＜调制波Vm≤3E时，低频工作功率单元1输出零电平，低频工作功率单元2输出电平+2E；当E＜调制波Vm≤2E时，低频工作功率单元1输出零电平，低频工作功率单元2输出电平+2E；当
‑
E＜调制波Vm≤E时，低频工作功率单元1输出零电平，低频工作功率单元2输出零电平；当
‑
2E&lt;调制波Vm≤
‑
E时，低频工作功率单元1输出零电平，低频工作功率单元2输出电平
‑
2E；当
‑
3E＜调制波Vm≤
‑
2E时，低频工作功率单元1输出零电平，低频工作功率单元2输出电平
‑
2E；当调制波Vm≤
‑
3E时，低频工作功率单元1输出电平
‑
E，低频工作功率单元2输出电平
‑
2E。当调制波Vm＞3E时，信号(Vm
‑
3E)与三角载波比较后获得高频工作功率单元3中四个开关管驱动信号；当2E＜调制波Vm≤3E时，信号(Vm
‑
2E)与三角载波比较后获得高频工作功率单元3中四个开关管驱动信号；当E＜调
制波Vm≤2E时，信号(Vm
‑
2E)与三角载波比较后获得高频工作功率单元3中四个开关管驱动信号；当
‑
E＜调制波Vm≤E时，信号Vm与三角载波比较后获得高频工作功率单元3中四个开关管驱动信号；当
‑
2E&lt;调制波Vm≤
‑
E时，信号(Vm+2E)与三角载波比较后获得高频工作功率单元3中四个开关管驱动信号；当
‑
3E＜调制波Vm≤
‑
2E时，信号(Vm+2E)与三角载波比较后获得高频工作功率单元3中四个开关管驱动信号；当调制波Vm≤
‑
3E时，信号(Vm+3E)与三角载波比较后获得高频工作功率单元3中四个开关管驱动信号。
[0006]本专利技术的有益效果是：提出的九电平逆变器拓扑结构能够适用于单直流电源输入场合，并且通过输出高频PWM电压降低了输出谐波含量。
附图说明：
[0007]图1单直流电源输入九电平逆变器主电路。
具体实施方式
[0008]本专利技术的实现基础是，基于单直流电源输入九电平逆变器，主电路由前级单输入多输出DC
‑
DC变换器与后级直流母线电压比值为2∶1∶1三单元H桥级联逆变器构成。前级DC
‑
DC变换器输入侧跨接电压值为2E的直流电源、半桥L1与半桥L2，带反并联二极管d1的全控开关管k1与带反并联二极管d2的全控开关管k2串联构成半桥L1，带反并联二极管d3的全控开关管k3与带反并联二极管d4的全控开关管k4串联构成半桥L2，半桥L1中点a、半桥L2中点b分别与高频变压器原边绕组相连，在高频变压器副边三个绕组感应电压分别经二极管不控整流产生电压值为E、2E与E的三个直流电压。后级H桥级联逆变器由低频工作功率单元1、低频工作功率单元2与高频工作功率单元3构成。前级DC
‑
DC变换器输出的三个直流电压，分别作为后级H桥级联逆变器中三个功率单元的输入电压，低频工作功率单元1输入端电压为E，低频工作功率单元2输入端电压为2E，高频工作功率单元3输入端电压为E。后级H桥级联逆变器中低频工作功率单元1输入端跨接半桥B
11
与半桥B
12
，低频工作功率单元2输入端跨接半桥B
21
与半桥B
22
，高频工作功率单元3输入端跨接半桥B
31
与半桥B
32
。带反并联二极管D
11
的全控开关管S
11
与带反并联二极管D
12
的全控开关管S
12
串联构成半桥B
11
，带反并联二极管D
13
的全控开关管S
13
与带反并联二极管D
14
的全控开关管S
14
串联构成半桥B
12
。带反并联二极管D
21
的全控开关管S
21
与带反并联二极管D
22
的全控开关管S
22
串联构成半桥B
21
，带反并联二极管D
23
的全控开关管S
23
与带反并联二极管D
24
的全控开关管S
24
串联构成半桥B
22
。带反并联二极管D
31
的全控开关管S
31
与带反并联二极管D
32
的全控开关管S
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单直流电源输入九电平逆变器，其特征在于，主电路由前级单输入多输出DC
‑
DC变换器与后级直流母线电压比值为2∶1∶1三单元H桥级联逆变器构成；前级DC
‑
DC变换器输入侧跨接电压值为2E的直流电源、半桥L1与半桥L2，带反并联二极管d1的全控开关管k1与带反并联二极管d2的全控开关管k2串联构成半桥L1，带反并联二极管d3的全控开关管k3与带反并联二极管d4的全控开关管k4串联构成半桥L2，半桥L1中点a、半桥L2中点b分别与高频变压器原边绕组相连，在高频变压器副边三个绕组感应电压分别经二极管不控整流产生电压值为E、2E与E的三个直流电压；后级H桥级联逆变器由低频工作功率单元1、低频工作功率单元2与高频工作功率单元3构成；前级DC
‑
DC变换器输出的三个直流电压，分别作为后级H桥级联逆变器中三个功率单元的输入电压，低频工作功率单元1输入端电压为E，低频工作功率单元2输入端电压为2E，高频工作功率单元3输入端电压为E；后级H桥级联逆变器中低频工作功率单元1输入端跨接半桥B
11
与半桥B
12
，低频工作功率单元2输入端跨接半桥B
21
与半桥B
22
，高频工作功率单元3输入端跨接半桥B
31
与半桥B
32
；带反并联二极管D
11
的全控开关管S
11
与带反并联二极管D
12
的全控开关管S
12
串联构成半桥B
11
，带反并联二极管D
13
的全控开关管S
13
与带反并联二极管D
14
的全控开关管S
14
串联构成半桥B
12
；带反并联二极管D
21
的全控开关管S
21
与带反并联二极管D
22
的全控开关管S
22
串联构成半桥B
21
，带反并联二极管D
23
的全控开关管S
23
与带反并联二极管D
24
的全控开关管S
24
串联构成半桥B
22
；带反并联二极管D
31
的全控开关管S
31
与带反并联二极管D
32
的全控开关管S
32
串联构成半桥B
31
，带反并联二极管D
33
的全控开关管S
33
与带反并联二极管D
34
的全控开关管S
34
串联构成半桥B
32
；半桥B
12
中点B1与半桥B
21
中点A2相连，半桥B
22
中点B2与半桥B
31
中点A3相连，半桥B
11
中点A1与半桥B
32
中点B3两端电压作为后级H桥级联逆变器输出电压；根据调制波Vm与输出电流i
o
极性确定后级H桥级联逆变器低频工作功率单元1各开关管驱动信号，若调制波Vm＞3E且输出电流i
o
≥0则开关管S
11
、S
14
驱动信号为高电平且开关管S
12
、S
13
驱动信号为低电平，若2E＜调制波Vm≤3E且输出电流i
o
≥0则开关管S
11
驱动信号为高电平且开关管S
12
、S
13
、S
14
驱动信号为低电平，若E＜调制波Vm≤2E且输出电流i
o
≥0则开关管S
11
驱动信号为高电平且开关管S
12
、S
13
、S
14
驱动信号为低电平，若
‑
E＜调制波Vm≤E且输出电流i
o
≥0则开关管S
11
驱动信号为高电平且开关管S
12
、S
13
、S
14
驱动信号为低电平，若
‑
2E＜调制波Vm≤
‑
E且输出电流i
o
≥0则开关管S
11
驱动信号为高电平且开关管S
12
、S
13
、S
14
驱动信号为低电平，若
‑
3E＜调制波Vm≤
‑
2E且输出电流i
o
≥0则开关管S
11
驱动信号为高电平且开关管S
12
、S
13
、S
14
驱动信号为低电平，若调制波Vm≤
‑
3E且输出电流i
o
≥0则开关管S
11
驱动信号为高电平且开关管S
12
、S
13
、S
14
驱动信号为低电平，若调制波Vm＞3E且输出电流i
o
＜0则开关管S
13
驱动信号为高电平且开关管S
11
、S
12
、S
14
驱动信号为低电平，若2E＜调制波Vm≤3E且输出电流i
o
＜0则开关管S
13
驱动信号为高电平且开关管S
11
、S
12
、S
14
驱动信号为低电平，若E＜调制波Vm≤2E且输出电流i
o
＜0则开关管S
13
驱动信号为高电平且开关管S
11
、S
12
、S
14
驱动信号为低电平，若
‑
E＜调制波Vm≤E且输出电流i
o
＜0则开关管S
13
驱动信号为高电平且开关管S
11...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋春伟，何金龙，李刚，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：