二极管辅助升降压逆变器最大升压和最小开关频率脉宽调制方法

摘要

本发明公开了一种二极管辅助升降压电压源逆变器最大升压控制和最小开关频率的脉宽调制方法，包括将一个开关周期(T_s)内中间直流侧电压平均值控制为三相交流输出相电压的包络线即线电压的瞬时最大值，从而可以将逆变桥中电力半导体器件的等效开关频率减小到1/3f_s(f_s＝1/T_s)。本发明进一步提高了二极管辅助升降压逆变器的电压增益，减小了开关器件的电压应力和开关损耗，提高变流器的电能转换效率。此外，采用本发明提出的调制方法，逆变器直流侧电感电流和电容电压包含六倍基波频率的低频纹波。采用该调制方法，二极管辅助升降压逆变器同样适合应用于400-800Hz中频机载和船舶等分布式电源系统。

主权项

一种二极管辅助升降压逆变器最大升压控制和最小开关频率脉宽调制方法，其特征在于，调节升压电路中S的占空比控制逆变桥直流侧电压的平均值为变流器三相输出线电压的瞬时最大值，具体调制方法包括以下步骤：1)在给定交流输出电压幅值下，根据式(1)计算电压增益G，其定义为交流输出相电压峰值与1/2倍直流电源电压的比值：$\mathrm{G=}\frac{{\hat{v}}_{ac}}{V_{dc}\mathrm{/2}}=\frac{2{\hat{v}}_{ac}}{V_{dc}}---\left(1\right)$其中，表示交流输出相电压峰值，V_dc直流电源电压；2)根据空间电压矢量定义，将交流输出电压分为六个扇区，根据式(2)计算每一个扇区中，任一开关周期内，升压电路中开关管S开通占空比d_son：$d_{Son}\left(\omega t\right)=\frac{2\sqrt{3}\pi G·cos(\theta -\frac{\pi }{6})}{2\pi +3\sqrt{3}G}-1---\left(2\right)$其中：θ＝ωt％(π/3)，ω＝2πf_line，f_line为输出三相电压基波频率；3)根据下表设计逆变桥中六个功率器件的开关状态： 0°≤θ≤60°60°≤θ≤120°120°≤θ≤180°180°≤θ≤240°240°≤θ≤300°300°≤θ≤360°A相S_ap＝1；S_an＝0S_apS_an＝PWMS_ap＝0；S_an＝1S_ap＝0；S_an＝1S_apS_an＝PWMS_ap＝1；S_an＝0B相S_bpS_bn＝PWMS_bp＝1；S_bn＝0S_bp＝1；S_bn＝0S_bpS_bn＝PWMS_bp＝0；S_bn＝1S_bp＝0；S_bn＝1C相S_cp＝0；S_cn＝1S_cp＝0；S_cn＝1S_cpS_cn＝PWMS_cp＝1；S_cn＝0S_cp＝1；S_cn＝0S_cpS_cn＝PWM4)根据式(3)计算工作于PWM调制一相桥臂上、下开关管的导通占空比和$\left\{\begin{array}{cc}{d}_{Sip}^{*}\left(\omega t\right)=\frac{(1+d_{Son}(\omega t\left)\right)}{2}·\frac{v_{mid}\left(\omega t\right)-v_{\min }\left(\omega t\right)}{v_{\max }\left(\omega t\right)-v_{\min }\left(\omega t\right)}& 0\le \frac{v_{mid}\left(\omega t\right)-v_{\min }\left(\omega t\right)}{v_{\max }\left(\omega t\right)-v_{\min }\left(\omega t\right)}\le \frac{2·d_{Son}\left(\omega t\right)}{1+d_{Son}\left(\omega t\right)}\\ d_{Sip}^{*}\left(\omega t\right)=(1+d_{Son}(\omega t\left)\right)·\frac{v_{mid}\left(\omega t\right)-v_{\min }\left(\omega t\right)}{v_{\max }\left(\omega t\right)-v_{\min }\left(\omega t\right)}& \frac{2·d_{Son}\left(\omega t\right)}{1+d_{Son}\left(\omega t\right)}\le \frac{v_{mid}\left(\omega t\right)-v_{\min }\left(\omega t\right)}{v_{\max }\left(\omega t\right)-v_{\min }\left(\omega t\right)}\le 1\\ d_{Sin}^{*}\left(\omega t\right)=1-d_{Sip}^{*}\left(\omega t\right)& \end{array}\right.---\left(3\right)$其中：任一扇区内，v_min(ωt)是输出相电压最小值；v_max(ωt)是相电压最大值，v_mid(ωt)是相电压中间值；i表示输出电压中间值的一相a、b或c；5)确定二极管辅助升降压逆变器各功率器件开关状态和占空比后，由数字控制器生成PWM驱动信号，控制主电路。