適用于電壓比為1：2的h橋混合級(jí)聯(lián)逆變器的控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于電壓比為1：2的H橋混合級(jí)聯(lián)逆變器的控制方法，該方法首先定義原始參考電壓調(diào)制波及三角載波，將原始參考電壓調(diào)制波在每個(gè)工作周期內(nèi)分為五個(gè)區(qū)間，在每個(gè)區(qū)間內(nèi)對(duì)參考電壓調(diào)制波進(jìn)行調(diào)節(jié)，獲得調(diào)節(jié)后的調(diào)制波；然后令調(diào)節(jié)后的調(diào)制波及其反向后的信號(hào)分別與三角載波進(jìn)行交截，獲得第一至第八開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)：該方法可以讓高壓?jiǎn)卧⒌蛪簡(jiǎn)卧乃虚_(kāi)關(guān)管工作狀態(tài)一致，使得每個(gè)單元四個(gè)開(kāi)關(guān)管損耗相同，發(fā)熱均勻，有利于提高系統(tǒng)的壽命/可靠性，而且還起到橋臂輸出電壓等效開(kāi)關(guān)頻率的倍頻效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】適用于電壓比為1 :2的Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器的控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電能變換裝置中的控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及適用于電壓比為1 :2的Η 橋混合級(jí)聯(lián)逆變器的控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 中頻400Hz逆變器被廣泛使用在航空和船舶等運(yùn)載系統(tǒng)中。隨著系統(tǒng)性能要求的 提高和發(fā)展，對(duì)其中的中頻電源的容量及性能要求也不斷提高，其中高效率、高功率密度和 高可靠性是核心指標(biāo)要求。
[0003] 目前中頻逆變器采用較多的方案是傳統(tǒng)的全橋逆變電路拓?fù)?，理論上可以通過(guò)提 高開(kāi)關(guān)頻率來(lái)減小輸出濾波器的重量和尺寸，但是開(kāi)關(guān)頻率的提高帶來(lái)開(kāi)關(guān)損耗的增加， 不利于效率的提商。
[0004] 多電平逆變器概念最早提被出用在高壓大功率變換場(chǎng)合。由于多電平逆變器輸出 電壓有多個(gè)電平，可以減小每個(gè)開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，而開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通電阻和耐壓的平方成 正比，這樣可以減小開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通損耗，柵極結(jié)電容也會(huì)減小，驅(qū)動(dòng)損耗也能相應(yīng)較小，提高 效率和功率密度。而且輸出電壓中的諧波含量也較少，在輸出相同的諧波特性下，可以使用 更小濾波器的重量和尺寸，實(shí)現(xiàn)了高功率密度。多電平逆變器研究的比較多的主電路拓?fù)?主要有二極管鉗位式多電平逆變器、飛跨電容式多電平逆變器和級(jí)聯(lián)式多電平逆變器。二 極管鉗位式和飛跨電容式適合電平數(shù)較少的情況，因?yàn)樵陔娖綌?shù)較多時(shí)需要大量的鉗位二 極管/電容，系統(tǒng)控制也會(huì)變得比較復(fù)雜。級(jí)聯(lián)式逆變器不僅具有其他多電平逆變器的優(yōu) 點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)輸出相同電平數(shù)所需的器件最少，控制簡(jiǎn)單，可靠性高和容易模塊化。載波移 相控制的Η橋級(jí)聯(lián)拓?fù)?，該拓?fù)鋬蓡卧梢暂敵鑫鍌€(gè)電平，并且每單元還可以采用單極性 倍頻的控制方法來(lái)提高級(jí)聯(lián)橋臂等效輸出開(kāi)關(guān)頻率，但是每個(gè)橋臂都是工作在高頻狀態(tài)， 所以開(kāi)關(guān)損耗還是比較大。對(duì)于不同輸入電壓的混合級(jí)聯(lián)逆變器，研究最多的是電壓比為 1:2的混合級(jí)聯(lián)逆變器，可以輸出七個(gè)電平，高壓?jiǎn)卧_(kāi)關(guān)管工作在低頻狀態(tài)，低壓?jiǎn)卧_(kāi) 關(guān)管工作在高頻狀態(tài)，在諧波含量較小的同時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也可以減少，有利于高功率密度和 高效率。
[0005] 該拓?fù)湔{(diào)制方法有很多，最簡(jiǎn)單的就是混合調(diào)制，但是混合調(diào)制存在能量倒灌問(wèn) 題，影響低壓直流側(cè)電容電壓穩(wěn)定。
[0006] 多層載波層疊調(diào)制方法雖然可以有效解決能量倒灌問(wèn)題，但是低壓?jiǎn)卧獌蓚€(gè)橋臂 開(kāi)關(guān)管工作狀態(tài)不同，一個(gè)工作在高頻，另一個(gè)工作在低頻，高頻開(kāi)關(guān)管工作結(jié)溫高壽命降 低從而導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種適用于電壓比為1 :2的Η橋混合級(jí)聯(lián)逆 變器的控制方法，該方法首先定義原始參考電壓調(diào)制波及三角載波，將原始參考電壓調(diào)制 波在每個(gè)工作周期內(nèi)分為五個(gè)區(qū)間，在每個(gè)區(qū)間內(nèi)對(duì)參考電壓調(diào)制波進(jìn)行調(diào)節(jié)，獲得調(diào)節(jié) 后的調(diào)制波；然后令調(diào)節(jié)后的調(diào)制波及其反向后的信號(hào)分別與三角載波進(jìn)行交截，獲得第 一至第八開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)：該方法可以讓高壓?jiǎn)卧⒌蛪簡(jiǎn)卧乃虚_(kāi)關(guān)管工作狀態(tài)一 致，使得每個(gè)單元四個(gè)開(kāi)關(guān)管損耗相同，發(fā)熱均勻，有利于提高系統(tǒng)的壽命/可靠性，而且 還起到橋臂輸出電壓等效開(kāi)關(guān)頻率的倍頻效果。有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中高頻開(kāi)關(guān)管工作結(jié) 溫高壽命降低從而導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低的問(wèn)題。
[0008] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，采用如下技術(shù)方案：
[0009] 適用于電壓比為1 :2的Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器的控制方法，其中，Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變 器包括第一至第八開(kāi)關(guān)管，第一至第四開(kāi)關(guān)管組成高壓?jiǎn)卧孀儤?，第五至第八開(kāi)關(guān)管組 成低壓?jiǎn)卧孀儤?，首先，定義原始參考電壓調(diào)制波v m及雙極性三角載波ν。，其中vm的幅值 為Vm，v。的幅值為2V。，將原始參考電壓調(diào)制波v m在基波周期內(nèi)分為五個(gè)區(qū)間，依次為區(qū)間 一至區(qū)間五，其中vm>-V。且vm〈V。定義為區(qū)間一，v m>V。且vm〈2V。定義為區(qū)間二，vm>2V。定義 為區(qū)間三，￥ 111>-2火且\〈，。定義為區(qū)間四，\〈-2火定義為區(qū)間五，在每個(gè)區(qū)間內(nèi)對(duì)參考電 壓調(diào)制波vm進(jìn)行調(diào)節(jié)，獲得調(diào)節(jié)后的調(diào)制波ν ΠΜ?，使得在區(qū)間一內(nèi)Vnrod = vm、區(qū)間二內(nèi)νΠΜ? = 2Vc_vm、區(qū)間三內(nèi)vmQd = vm_2Vc、區(qū)間四內(nèi)vMd = ?ν。、區(qū)間五內(nèi)V- = VJ2V。；
[0010] 令調(diào)節(jié)后的調(diào)制波Vnrod及其反向后的信號(hào)-Vnrod分別與三角載波ν。進(jìn)行交截，并根 據(jù)如下規(guī)則控制第一至第八開(kāi)關(guān)管的通斷：
[0011] 在區(qū)間一內(nèi)，控制第二開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，當(dāng) vm()d>v。且-vm()d〈v。時(shí)，控制第五開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) vm()d>v。且-vm()d>v。時(shí)，控制第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) V/v。且-vm()d〈v。時(shí)，控制第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) vm()d〈v。且時(shí)，控制第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第五開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；
[0012] 在區(qū)間二內(nèi)，當(dāng)VmMl>V。且-Vnrod〈V。時(shí)，首先，控制第五開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，第 六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；然后，判斷三角載波V。的斜率，若三角載波V。的斜率為正或負(fù)， 則控制第二開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，若三角載波V。的斜率 為負(fù)或?yàn)檎?，則控制第一開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) Vmml>v。 且時(shí)，控制第一開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管、第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管、第 三開(kāi)關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng)V mMl〈V。且-Vnrod〈V。時(shí)，控制第一開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi) 關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān) 斷；
[0013] 在區(qū)間三內(nèi)，控制第一開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，當(dāng) vm()d>v。且-vm()d〈v。時(shí)，控制第五開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) vm()d>v。且-vm()d>v。時(shí)，控制第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) vm()d〈v。且時(shí)，控制第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；
[0014] 在區(qū)間四內(nèi)，當(dāng)VmMl〈V。且-Vnrod>v。時(shí)，首先，控制第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第 五開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，然后，判斷三角載波V。的斜率，若三角載波V。的斜率為正或?yàn)?負(fù)，則控制第一開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，若三角載波V。的 斜率為負(fù)或?yàn)檎瑒t控制第二開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) vm()d>v。且-vm()d>v。時(shí)，控制第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān) 管、第四開(kāi)關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng)V m()d〈V。且-Vmml〈V。時(shí)，控制第二開(kāi)關(guān)管、第 三開(kāi)關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管、第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān) 管關(guān)斷；
[0015] 在區(qū)間五內(nèi)，控制第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管關(guān)閉，當(dāng) V/v。且-vm()d>v。時(shí)，控制第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第五開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，當(dāng) vm()d>v。且-vm()d>v。時(shí)，控制第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) vm()d〈v。且時(shí)，控制第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。
[0016] 所述Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器包括第一至第八開(kāi)關(guān)管，分為高壓?jiǎn)卧偷蛪簡(jiǎn)卧?一至第八開(kāi)關(guān)管均包括輸入端、輸出端、控制端；
[0017] 高壓?jiǎn)卧ǖ谝婚_(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管；第一開(kāi)關(guān)管的 輸入端連接到高壓?jiǎn)卧绷麟娫吹恼龢O，第一開(kāi)關(guān)管的輸出連接到第二開(kāi)關(guān)管的輸入，第 二開(kāi)關(guān)管的輸出端連接到高壓?jiǎn)卧绷麟娫吹呢?fù)極，第三開(kāi)關(guān)管的輸入端連接到高壓?jiǎn)卧?直流電源的正極，第三開(kāi)關(guān)管的輸出端連接到第四開(kāi)關(guān)管的輸入端，第四開(kāi)關(guān)管的輸出端 連接到高壓?jiǎn)卧绷麟娫吹呢?fù)極；
[0018] 低壓?jiǎn)卧ǖ谖彘_(kāi)關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管組成；第五開(kāi)關(guān) 管的輸入端連接到低壓?jiǎn)卧绷麟娫吹恼龢O，第五開(kāi)關(guān)管的輸出端分別連接到第六開(kāi)關(guān)管 的輸入端和第三開(kāi)關(guān)管的輸出端，第六開(kāi)關(guān)管的輸出端連接到低壓?jiǎn)卧绷麟娫吹呢?fù)極， 第七開(kāi)關(guān)管的輸入端連接到低壓?jiǎn)卧绷麟娫吹恼龢O，第七開(kāi)關(guān)管的輸出端連接到第八開(kāi) 關(guān)管的輸入端，第八開(kāi)關(guān)管的輸出端連接到低壓?jiǎn)卧绷麟娫吹呢?fù)極。
[0019] 所述第一至第八開(kāi)關(guān)管為M0S管、三極管、IGBT中的一種。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0021] 1、高壓?jiǎn)卧蛪簡(jiǎn)卧髯运虚_(kāi)關(guān)管工作頻率一致，每個(gè)單元四個(gè)開(kāi)關(guān)管損耗相 同，發(fā)熱均勻，有利于提高系統(tǒng)的壽命，增強(qiáng)可靠性。
[0022] 2、橋臂輸出電壓等效開(kāi)關(guān)頻率是開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)頻率的兩倍，起到了倍頻效果。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是電壓比為1:2的Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器的主電路拓?fù)鋱D。
[0024] 圖2是本發(fā)明調(diào)制方法中修改后的調(diào)制波波形圖。
[0025] 圖3是本發(fā)明調(diào)制方法的調(diào)制原理和輸出電平原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0027] 如圖1所示，電壓比為1 :2的Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器的主電路拓?fù)?，包括低壓?jiǎn)卧?流電源Ε，高壓?jiǎn)卧绷麟娫?Ε，Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器；其中，Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器包括第一 至第八開(kāi)關(guān)管，分為高壓?jiǎn)卧偷蛪簡(jiǎn)卧?，第一至第八開(kāi)關(guān)管均包括輸入端、輸出端、控制 端。
[0028] 高壓?jiǎn)卧傻谝婚_(kāi)關(guān)管Sn、第二開(kāi)關(guān)管S12、第三開(kāi)關(guān)管S 13、第四開(kāi)關(guān)管S14組成； 第一開(kāi)關(guān)管sn的輸入端連接到高壓?jiǎn)卧绷麟娫?E正極，第一開(kāi)關(guān)管S n的輸出連接到第 二開(kāi)關(guān)管S12的輸入，第二開(kāi)關(guān)管S12的輸出端連接到高壓?jiǎn)卧绷麟娫?E的負(fù)極，第三開(kāi) 關(guān)管S 13的輸入端連接到高壓?jiǎn)卧绷麟娫?E正極，第三開(kāi)關(guān)管S13的輸出端連接到第四開(kāi) 關(guān)管S14的輸入端，第四開(kāi)關(guān)管S14的輸出端連接到高壓?jiǎn)卧绷麟娫?E的負(fù)極。
[0029] 低壓?jiǎn)卧蛴傻谖彘_(kāi)關(guān)管S21、第六開(kāi)關(guān)管S22、第七開(kāi)關(guān)管S 23、第八開(kāi)關(guān)管S24組 成；第五開(kāi)關(guān)管S21的輸入端連接到低壓?jiǎn)卧绷麟娫碋正極，第五開(kāi)關(guān)管S 21的輸出端分 別連接到第六開(kāi)關(guān)管S22的輸入端和第三開(kāi)關(guān)管S13的輸出端，第六開(kāi)關(guān)管S 22的輸出端連接 到低壓?jiǎn)卧绷麟娫碋的負(fù)極，第七開(kāi)關(guān)管S23的輸入端連接到低壓?jiǎn)卧绷麟娫碋正極， 第七開(kāi)關(guān)管S 23的輸出端連接到第八開(kāi)關(guān)管S24的輸入端，第八開(kāi)關(guān)管S24的輸出端連接到低 壓?jiǎn)卧绷麟娫碋的負(fù)極。
[0030] 圖2產(chǎn)生低壓?jiǎn)卧腟21，S22, S23, S24四路PWM脈沖，圖3產(chǎn)生高壓?jiǎn)卧腟n，S12， S13, S14四路PWM脈沖。
[0031] 適用于電壓比為1 :2的H橋混合級(jí)聯(lián)逆變器的控制方法，
[0032] (1)，定義原始參考電壓調(diào)制波及高頻雙極性三角載波V。，其中的幅值為Vn， ν。的幅值為2V。，則調(diào)制比M = Vm/3V。，將原始參考電壓調(diào)制波vm分為五個(gè)區(qū)間，依次為區(qū)間 一至區(qū)間五，
[0033] ①區(qū)間一定義為參考電壓調(diào)制波大小vm大于負(fù)的二分之一載波幅值，。(\>，。） 且小于正的二分之一載波幅值V。(v m〈V。）時(shí)，此時(shí)調(diào)整后的調(diào)制波與原來(lái)的一樣，即Vnrod = Vm ;
[0034] ②區(qū)間二定義為參考電壓調(diào)制波大于正的二分之一載波幅值量Vjv^V。）且小 于正的一倍載波幅值量2VJOV。）時(shí)，此時(shí)調(diào)整后的調(diào)制波變?yōu)関 m()d = 2V。-' ;
[0035] ③區(qū)間三定義為參考電壓調(diào)制波vm大于正的一倍載波幅值量2Ve(v m>2V。）時(shí)，此時(shí) 調(diào)整后的調(diào)制波變?yōu)関Md = vm_2V。；
[0036] ④區(qū)間四定義為參考電壓調(diào)制波vm大于負(fù)的一倍載波幅值量-2^(νπ>-2ν。）且小 于負(fù)的二分之一載波幅值量-Vjv^-V。）時(shí)，此時(shí)調(diào)整后的調(diào)制波變?yōu)関 Md = -v^lV。；
[0037] ?區(qū)間五定義為參考電壓調(diào)制波\小于負(fù)的一倍載波幅值量-2火(\〈-21)時(shí)，此 時(shí)調(diào)整后的調(diào)制波變?yōu)関 Md = vm+2V。。
[0038] (2)定義電壓比為1:2的Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器高壓?jiǎn)卧偷蛪簡(jiǎn)卧敵鲭娖綘顟B(tài) 如下：
[0039] (a)高壓?jiǎn)卧敵鲭娖綘顟B(tài)定義：
[0040] 開(kāi)關(guān)管sn和開(kāi)關(guān)管s14開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管s12和開(kāi)關(guān)管s 13關(guān)斷，高壓?jiǎn)卧獦虮圯敵鲭?壓電平為直流電壓2E;
[0041] 開(kāi)關(guān)管sn和開(kāi)關(guān)管s13開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管s12和開(kāi)關(guān)管s 14關(guān)斷，高壓?jiǎn)卧獦虮圯敵鲭?壓為零，定義這種開(kāi)關(guān)組合方式輸出的零電平為H01 ;
[0042] 開(kāi)關(guān)管S12和開(kāi)關(guān)管S14開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管Sn和開(kāi)關(guān)管S 13關(guān)斷，高壓?jiǎn)卧獦虮圯敵鲭?壓為零，定義這種開(kāi)關(guān)組合方式輸出的零電平為H02 ;
[0043] 開(kāi)關(guān)管S12和開(kāi)關(guān)管S13開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管Sn和開(kāi)關(guān)管S 14關(guān)斷，高壓?jiǎn)卧獦虮圯敵鲭?壓電平為負(fù)的直流電壓-2E。
[0044] (b)低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綘顟B(tài)定義：
[0045] 開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S24開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S22和開(kāi)關(guān)管S 23關(guān)斷，低壓?jiǎn)卧獦虮圯敵鲭?壓電平為直流電壓E;
[0046] 開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S23開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S22和開(kāi)關(guān)管S 24關(guān)斷，低壓?jiǎn)卧獦虮圯敵鲭?壓為零，定義這種開(kāi)關(guān)組合方式輸出的零電平為L(zhǎng)01 ;
[0047] 開(kāi)關(guān)管S22和開(kāi)關(guān)管S24開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S 23關(guān)斷，低壓?jiǎn)卧獦虮圯敵鲭?壓為零，定義這種開(kāi)關(guān)組合方式輸出的零電平為L(zhǎng)02 ;
[0048] 開(kāi)關(guān)管S22和開(kāi)關(guān)管S23開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S 24關(guān)斷，低壓?jiǎn)卧獦虮圯敵鲭?壓電平為負(fù)的直流電壓-E。
[0049] (3)根據(jù)⑵中定義的電平輸出狀態(tài)和⑴中的調(diào)制波，得到不同區(qū)間內(nèi)電平切換 和所需的開(kāi)關(guān)脈沖信號(hào)：
[0050] (a)當(dāng)參考調(diào)制波vm在區(qū)間一時(shí)，高壓?jiǎn)卧敵隽汶娖紿02,開(kāi)關(guān)管S12和開(kāi)關(guān)管 S14開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管Sn和開(kāi)關(guān)管S13關(guān)斷。低壓?jiǎn)卧M(jìn)行電平切換，修改后的參考調(diào)制波 Vnrod 及其反向后的信號(hào)-Vnrod分別和雙極性三角載波v。進(jìn)行交截比較，會(huì)出現(xiàn)以下四種情況：當(dāng) 且-vm()d〈v。時(shí)低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖镋，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S24開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S 22和開(kāi)關(guān) 管S23關(guān)斷；當(dāng)Vnrod>v。且-VmMl>V。時(shí)低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖長(zhǎng)01，開(kāi)關(guān)管S 21和開(kāi)關(guān)管S23開(kāi)通， 開(kāi)關(guān)管S22和開(kāi)關(guān)管S24關(guān)斷；當(dāng) VmMl〈V。且-VmMl〈V。時(shí)低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖長(zhǎng)02,開(kāi)關(guān)管S 22 和開(kāi)關(guān)管S24開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S23關(guān)斷。當(dāng)VmMl〈 V。且-VmMl>V。時(shí)低壓?jiǎn)卧敵鲭?平-E，開(kāi)關(guān)管S 22和開(kāi)關(guān)管S23開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S24關(guān)斷。在此區(qū)間高壓?jiǎn)卧敵?電平一直為零，低壓?jiǎn)卧敵鲭娖皆讴枴和-E之間切換，兩者級(jí)聯(lián)后輸出電平在0、E和-E 之間切換。
[0051] (b)當(dāng)參考調(diào)制波vm在區(qū)間二時(shí)，高壓?jiǎn)卧偷蛪簡(jiǎn)卧瑫r(shí)進(jìn)行電平切換，修改后 的參考調(diào)制波 Vnrod及其反向后的信號(hào)-Vnrod分別和雙極性三角載波V。進(jìn)行交截比較，會(huì)出現(xiàn) 以下三種情況：當(dāng)。且-v m()d〈v。時(shí)低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖镋，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S24開(kāi)通， 開(kāi)關(guān)管S 22和開(kāi)關(guān)管S23關(guān)斷，對(duì)于高壓?jiǎn)卧谶@種情況下如果此時(shí)三角載波的斜率為正時(shí)， 商壓?jiǎn)呜］敵隽汶娖紿02,開(kāi)關(guān)管S 12和開(kāi)關(guān)管S14開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管Sn和開(kāi)關(guān)管S13關(guān)斷，如果 三角載波斜率為負(fù)時(shí)，高壓?jiǎn)卧敵鲭娖紿01，開(kāi)關(guān)管S n和開(kāi)關(guān)管S13開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S12和開(kāi) 關(guān)管S14關(guān)斷；當(dāng) Vnrod>v。且-VmMl>V。時(shí)，高壓?jiǎn)卧敵鲭娖?E，開(kāi)關(guān)管S n和開(kāi)關(guān)管S14開(kāi)通， 開(kāi)關(guān)管S12和開(kāi)關(guān)管S13關(guān)斷，低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖長(zhǎng)01，開(kāi)關(guān)管S 21和開(kāi)關(guān)管S23開(kāi)通，開(kāi)關(guān) 管S22和開(kāi)關(guān)管S24關(guān)斷；當(dāng) VmMl〈V。且-VmMl〈V。時(shí)，高壓?jiǎn)卧敵鲭娖?E，開(kāi)關(guān)管S n和開(kāi)關(guān) 管S14開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S12和開(kāi)關(guān)管S13關(guān)斷，低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖長(zhǎng)02,開(kāi)關(guān)管S 22和開(kāi)關(guān)管S24 開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S23關(guān)斷。在此區(qū)間高壓?jiǎn)卧陔娖?和2E之間切換，同時(shí)低壓 單元在電平E和0之間切換，級(jí)聯(lián)后輸出電平在E和2E之間切換。
[0052] (c)當(dāng)參考調(diào)制波vm在區(qū)間三時(shí)，高壓?jiǎn)卧敵鲭娖?E，開(kāi)關(guān)管Sn和開(kāi)關(guān)管S 14開(kāi) 通，開(kāi)關(guān)管S12和開(kāi)關(guān)管S13關(guān)斷。低壓?jiǎn)卧M(jìn)行電平切換，修改后的參考調(diào)制波v Md及其反 向后的信號(hào)-Vnrod分別和雙極性三角載波V。進(jìn)行交截比較，會(huì)出現(xiàn)以下三種情況：當(dāng) 且-vm()d〈v。時(shí)低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖棣?，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S24開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S 22和開(kāi)關(guān)管S23 關(guān)斷；當(dāng)vMd>V。且-VmMl>V。時(shí)低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖長(zhǎng)01，開(kāi)關(guān)管S 21和開(kāi)關(guān)管S23開(kāi)通，開(kāi)關(guān) 管S22和開(kāi)關(guān)管S24關(guān)斷；當(dāng) VmMl〈V。且-VmMl〈V。時(shí)低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖長(zhǎng)02,開(kāi)關(guān)管S 22和開(kāi) 關(guān)管S24開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S23關(guān)斷。在此區(qū)間高壓?jiǎn)卧敵鲭娖揭恢睘?E，低壓?jiǎn)?元輸出電平在〇和E之間切換，兩者級(jí)聯(lián)后輸出電平在2E和3E之間切換。
[0053] (d)當(dāng)參考調(diào)制波vm在區(qū)間四時(shí)，高壓?jiǎn)卧偷蛪簡(jiǎn)卧瑫r(shí)進(jìn)行電平切換，修改后 的參考調(diào)制波 Vnrod及其反向后的信號(hào)-Vnrod分別和雙極性三角載波V。進(jìn)行交截比較，會(huì)出現(xiàn) 以下三種情況：當(dāng)-Vnrod>V。且Vnrod〈V。時(shí)，低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖?E，開(kāi)關(guān)管S 22和開(kāi)關(guān)管S23開(kāi) 通，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S24關(guān)斷，對(duì)于高壓?jiǎn)卧谶@種情況下如果此時(shí)三角載波的斜率為正 時(shí)，高壓?jiǎn)卧敵鲭娖紿01，開(kāi)關(guān)管S n和開(kāi)關(guān)管S13開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S12和開(kāi)關(guān)管S14關(guān)斷，如果 三角載波的斜率為負(fù)時(shí)，高壓?jiǎn)卧敵鲭娖紿02,開(kāi)關(guān)管S 12和開(kāi)關(guān)管S14開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管Sn和 開(kāi)關(guān)管S13關(guān)斷；當(dāng)- Vnrod>v。且vMd>V。時(shí)，高壓?jiǎn)卧獦虮圯敵鲭妷簽?2E，開(kāi)關(guān)管S 12和開(kāi)關(guān) 管S13開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管Sn和開(kāi)關(guān)管S14關(guān)斷，低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖長(zhǎng)01，開(kāi)關(guān)管S 21和開(kāi)關(guān)管S23 開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S22和開(kāi)關(guān)管S24關(guān)斷；當(dāng)-VmMl〈V。且 VmMl〈V。時(shí)，高壓?jiǎn)卧獦虮圯敵鲭妷簽?2E， 開(kāi)關(guān)管S12和開(kāi)關(guān)管S 13開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管Sn和開(kāi)關(guān)管S14關(guān)斷，低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖長(zhǎng)02,開(kāi)關(guān) 管S 22和開(kāi)關(guān)管S24開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S23關(guān)斷。在此區(qū)間高壓?jiǎn)卧陔娖?和-2E 之間切換，同時(shí)低壓?jiǎn)卧陔娖?E到0之間切換，級(jí)聯(lián)后輸出電平在-E和-2E之間切換。
[0054] (e)當(dāng)參考調(diào)制波vm在區(qū)間五時(shí)，高壓?jiǎn)卧敵鲭娖?2E，開(kāi)關(guān)管S12和開(kāi)關(guān)管 S13開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管Sn和開(kāi)關(guān)管S14關(guān)斷。低壓?jiǎn)卧M(jìn)行電平切換，修改后的參考調(diào)制波 Vnrod 及其反向后的信號(hào)-Vnrod分別和雙極性三角載波v。進(jìn)行交截比較，會(huì)出現(xiàn)以下三種情況： 當(dāng)-vjv。且v m()d〈v。時(shí)低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖?E，開(kāi)關(guān)管S22和開(kāi)關(guān)管S23開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S 21和 開(kāi)關(guān)管S24關(guān)斷；當(dāng)-VmMl>V。且 Vnrod>v。時(shí)低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖長(zhǎng)01，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S23開(kāi) 通，開(kāi)關(guān)管S 22和開(kāi)關(guān)管S24關(guān)斷；當(dāng)-Vnrod〈v。且Vnrod〈v。時(shí)低壓?jiǎn)卧敵鲭娖綖長(zhǎng)02,開(kāi)關(guān)管S 22 和開(kāi)關(guān)管S24開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S21和開(kāi)關(guān)管S23關(guān)斷。在此區(qū)間高壓?jiǎn)卧敵鲭娖揭恢睘?2E， 低壓?jiǎn)卧敵鲭娖皆?和-E之間切換，兩者級(jí)聯(lián)后輸出電平在-2E和-3E之間切換。
[0055] 根據(jù)⑶得到每個(gè)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，加到電壓比為1:2的混合級(jí)聯(lián)逆變器主電 路上，最后級(jí)聯(lián)輸出七電平的輸出電壓波形，而且高壓?jiǎn)卧蛪簡(jiǎn)卧髯运虚_(kāi)關(guān)管工作 頻率一致，每個(gè)單元四個(gè)開(kāi)關(guān)管損耗相同，發(fā)熱均勻，有利于提高系統(tǒng)的壽命/可靠性，而 且橋臂輸出電壓等效開(kāi)關(guān)頻率是開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)頻率的兩倍，起到了倍頻效果。
【權(quán)利要求】
1.適用于電壓比為1 :2的Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器的控制方法，其中，Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器 包括第一至第八開(kāi)關(guān)管，第一至第四開(kāi)關(guān)管組成高壓?jiǎn)卧孀儤?，第五至第八開(kāi)關(guān)管組成 低壓?jiǎn)卧孀儤颍涮卣髟谟?，首先，定義原始參考電壓調(diào)制波v m及雙極性三角載波ν。，其 中vm的幅值為Vm，v。的幅值為2V。，將原始參考電壓調(diào)制波\在基波周期內(nèi)分為五個(gè)區(qū)間， 依次為區(qū)間一至區(qū)間五，其中v m>-V。且vm〈V。定義為區(qū)間一，vm>V。且vm〈2V。定義為區(qū)間二， vm>2V。定義為區(qū)間三，vm>-2V。且vm〈-V。定義為區(qū)間四，v m〈-2V。定義為區(qū)間五，在每個(gè)區(qū)間內(nèi) 對(duì)參考電壓調(diào)制波vm進(jìn)行調(diào)節(jié)，獲得調(diào)節(jié)后的調(diào)制波ν ΠΜ?，使得在區(qū)間一內(nèi)Vnrod = vm、區(qū)間二 內(nèi) Vnuxl = 、區(qū)間三內(nèi) V- = 區(qū)間四內(nèi) vMd = 區(qū)間五內(nèi) V- = VJ2V。； 令調(diào)節(jié)后的調(diào)制波νΠΜ?及其反向后的信號(hào)-VmMl分別與三角載波V。進(jìn)行交截，并根據(jù)如 下規(guī)則控制第一至第八開(kāi)關(guān)管的通斷： 在區(qū)間一內(nèi)，控制第二開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，當(dāng) vm()d>v。且-vm()d〈v。時(shí)，控制第五開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) vm()d>v。且-vm()d>v。時(shí)，控制第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) vm()d〈v。且-vm()d〈v。時(shí)，控制第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) vm()d〈v。且時(shí)，控制第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第五開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷； 在區(qū)間二內(nèi)，當(dāng) Vmml>V。且-Vnrod〈V。時(shí)，首先，控制第五開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，第六開(kāi) 關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；然后，判斷三角載波V。的斜率，若三角載波V。的斜率為正或負(fù)，則 控制第二開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，若三角載波V。的斜率為 負(fù)或?yàn)檎?，則控制第一開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng)^;' 且時(shí)，控制第一開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管、第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管、第 三開(kāi)關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng)V mMl〈V。且-Vnrod〈V。時(shí)，控制第一開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi) 關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān) 斷； 在區(qū)間三內(nèi)，控制第一開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，當(dāng) vm()d>v。且-vm()d〈v。時(shí)，控制第五開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) vm()d>v。且-vm()d>v。時(shí)，控制第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) vm()d〈v。且時(shí)，控制第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān)斷； 在區(qū)間四內(nèi)，當(dāng) Vmml〈V。且-Vnrod>V。時(shí)，首先，控制第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第五開(kāi) 關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，然后，判斷三角載波V。的斜率，若三角載波V。的斜率為正或?yàn)樨?fù)， 則控制第一開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，若三角載波V。的斜率 為負(fù)或?yàn)檎?，則控制第二開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) Vmml>v。 且時(shí)，控制第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管、第 四開(kāi)關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng)V mMl〈V。且-Vnrod〈V。時(shí)，控制第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi) 關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管、第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān) 斷； 在區(qū)間五內(nèi)，控制第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管關(guān)閉，當(dāng) vm()d〈v。且-vm()d>v。時(shí)，控制第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第五開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，當(dāng) vm()d>v。且-vm()d>v。時(shí)，控制第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng) vm()d〈v。且時(shí)，控制第六開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第五開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于電壓比為1 :2的Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器的控制方法，其 特征在于：所述Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器包括第一至第八開(kāi)關(guān)管，分為高壓?jiǎn)卧偷蛪簡(jiǎn)卧?一至第八開(kāi)關(guān)管均包括輸入端、輸出端、控制端； 高壓?jiǎn)卧ǖ谝婚_(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管；第一開(kāi)關(guān)管的輸入 端連接到高壓?jiǎn)卧绷麟娫吹恼龢O，第一開(kāi)關(guān)管的輸出連接到第二開(kāi)關(guān)管的輸入，第二開(kāi) 關(guān)管的輸出端連接到高壓?jiǎn)卧绷麟娫吹呢?fù)極，第三開(kāi)關(guān)管的輸入端連接到高壓?jiǎn)卧绷?電源的正極，第三開(kāi)關(guān)管的輸出端連接到第四開(kāi)關(guān)管的輸入端，第四開(kāi)關(guān)管的輸出端連接 到高壓?jiǎn)卧绷麟娫吹呢?fù)極； 低壓?jiǎn)卧ǖ谖彘_(kāi)關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管組成；第五開(kāi)關(guān)管的 輸入端連接到低壓?jiǎn)卧绷麟娫吹恼龢O，第五開(kāi)關(guān)管的輸出端分別連接到第六開(kāi)關(guān)管的輸 入端和第三開(kāi)關(guān)管的輸出端，第六開(kāi)關(guān)管的輸出端連接到低壓?jiǎn)卧绷麟娫吹呢?fù)極，第七 開(kāi)關(guān)管的輸入端連接到低壓?jiǎn)卧绷麟娫吹恼龢O，第七開(kāi)關(guān)管的輸出端連接到第八開(kāi)關(guān)管 的輸入端，第八開(kāi)關(guān)管的輸出端連接到低壓?jiǎn)卧绷麟娫吹呢?fù)極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于電壓比為1 :2的Η橋混合級(jí)聯(lián)逆變器的控制方 法，其特征在于：所述第一至第八開(kāi)關(guān)管為MOS管、三極管、IGBT中的一種。
【文檔編號(hào)】H02M7/5387GK104065295SQ201410268768
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】何凱益, 鄧翔, 龔春英, 韋徵, 王赟程 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)