H桥级联多电平变换器的单极性SPWM无死区调制方法

摘要

本发明提供一种用于H桥级联多电平变换器的单极性SPWM无死区调制方法。该方法通过数字逻辑电路实现了H桥变换器斩波臂的无死区控制，而H桥变换器方向臂仅在每半个工频周期设定一定的死区时间，故而可以忽略死区时间造成的H桥级联多电平变换器直流侧电压不平衡问题以及对输出电流谐波含量的影响。通过引入一个控制信号，实现了方向臂和斩波臂以工频的二分频为周期进行互换，有效的解决了H桥变换器开关器件在单极性SPWM无死区控制下动作不均衡问题，具有良好的热稳定性，有利于器件的散热设计以及长期运行。

主权项

一种H桥级联多电平变换器的单极性SPWM无死区调制方法，其特征在于：设定H桥级联多电平变流器中，每个子模块的三角波载波变化范围为0～1之间，相邻两个子模块的三角波载波相角差为2π/N，其中N为级联子模块个数；所述调制方法为：(1)将幅值为‑1至1的调制波正弦波信号与零电平比较后，得到方波信号Vg_1，该方波信号Vg_1为H桥级联多电平变流器各个子模块方向臂功率开关的一路驱动信号，该方波信号Vg_1经过二分频器得到频率为原来二分之一的方波信号DirDTL，该方波信号DirDTL用于控制方向臂和斩波臂互换；(2)对步骤(1)获得的方波信号Vg_1逻辑取反，得到H桥级联多电平变流器各个子模块方向臂功率开关的另一路驱动信号Vg_2；(3)对步骤(1)中的正弦波调制信号取绝对值，得到幅值在0～1之间的脉动信号；(4)将步骤(3)得到的脉动信号与H桥级联多电平变流器各个子模块对应的三角波载波信号比较后得到的PWM脉冲信号再与方波信号Vg_1和方波信号Vg_2进行相应的逻辑运算得到各个功率子模块斩波臂驱动信号；所述各个功率子模块斩波臂驱动信号通过以下方法获得：(3.1)将步骤(3)得到的脉动信号与H桥级联多电平变换器的各个子模块对应的三角波载波信号分别比较，得到与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的一路PWM脉冲信号；(3.2)对步骤(3.1)得到的与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的PWM脉冲信号逻辑取反，得到另一路与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的PWM脉冲信号；(3.3)将方波信号Vg_1和步骤(3.1)得到的与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的PWM脉冲信号分别进行逻辑与运算，得到与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的一路控制信号；(3.4)将方波信号Vg_2与步骤(3.2)得到的与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的PWM脉冲信号进行逻辑与运算，得到与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的另一路控制信号；(3.5)将步骤(3.3)得到的与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的控制信号和步骤(3.4)得到的控制信号进行逻辑或运算后得到的控制信号再与方波信号Vg_1进行逻辑与，得到各个子模块斩波臂对应的功率开关的驱动信号Vg_4；(3.6)将方波信号Vg_1与步骤(3.2)得到的与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的PWM脉冲信号分别进行逻辑与运算，得到与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的一路控制信号；(3.7)将方波信号Vg_2与步骤(3.1)得到的与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的PWM脉冲信号进行逻辑与运算，得到与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的另一路控制信号；(3.8)将步骤(3.6)得到的与各个子模块斩波臂驱动信号相关联的控制信号和步骤(3.7)得到的控制信号进行逻辑或后得到的控制信号再与方波信号Vg_2进行逻辑与运算，得到各个子模块斩波臂对应的功率开关的驱动信号Vg_3；(3.9)当方波信号DirCTL＝1时，PWM_1＝Vg_1，PWM_2＝Vg_2，PWM_3＝Vg_3，PWM_4＝Vg_4；当DirCTL＝0时，PWM_1＝Vg_4，PWM_2＝Vg_3，PWM_3＝Vg_2，PWM_4＝Vg_1。