專利名稱：：三電平半橋單級(jí)逆變器及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是一種三電平半橋單級(jí)逆變器及控制方法，屬電力電子領(lǐng)域中的逆變器。
背景技術(shù)：
：目前廣泛應(yīng)用的逆變器是應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，將直流電變換成交流電的一種靜止變流裝置，供交流負(fù)載使用。傳統(tǒng)逆變技術(shù)輸入和輸出電氣隔離采用工頻變壓器，由于噪聲大，笨重，輸出濾波電感體積大等缺點(diǎn)己經(jīng)逐步被淘汰，而輸出交流負(fù)載與輸入直流電源間有頻率在20kHz以上高頻變壓器隔離的逆變器，稱為高頻環(huán)節(jié)逆變器。高頻環(huán)節(jié)逆變器的體積、重量和音頻噪聲大大降低，克服了低頻環(huán)節(jié)逆變器的缺點(diǎn)，必將取代低頻環(huán)節(jié)逆變器，得到廣泛應(yīng)用。隨著航空科技和航空電子的快速發(fā)展，飛機(jī)二次電源必須向高功率密度、高效率和模塊化方向發(fā)展；另外再生能源的開發(fā)利用中，適用于太陽能陣列與電網(wǎng)并聯(lián)的逆變器和燃料電池用逆變器以及不間斷電源等逆變場合，高頻環(huán)節(jié)逆變器都具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是對(duì)逆變器的體積、重量有較高要求的逆變場合有更重要的應(yīng)用前景。近十幾年，圍繞高頻環(huán)節(jié)逆變技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究工作，取得了不少有價(jià)值的研究成果。1990年S.R.NarayanaPrakash等人提出的"單向Buck型高頻環(huán)節(jié)逆變器"，由高頻電氣隔離的DC/DC變換器和buck型逆變橋級(jí)聯(lián)而成，具有單向功率流、兩級(jí)功率變換(DC/DC-DC/AC)、變換效率高、釆用傳統(tǒng)PWM技術(shù)時(shí)功率器件開關(guān)損耗大、成本高等特點(diǎn)。I.Yamato等人于1988年提出了"雙向Buck型高頻環(huán)節(jié)逆變器"，該逆變器由高頻電氣隔離逆變器與Buck型周波變換器級(jí)聯(lián)而成，由四象限功率開關(guān)構(gòu)成的周波變換器在任何導(dǎo)通期間均有兩個(gè)或四個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通，導(dǎo)通損耗較大。具有雙向功率流、直流一高頻脈沖交流一低頻交流的準(zhǔn)兩級(jí)結(jié)構(gòu)、效率較高、導(dǎo)通損耗大、周波變換器換流時(shí)固有的電壓過沖、工程實(shí)現(xiàn)難度大、成本高等特點(diǎn)。1995年WalkJim提出了一種Buck-Boost型逆變器，采用反激拓?fù)?，逆變器的變壓器有四組繞組，一個(gè)原邊繞組，一個(gè)回饋繞組和兩個(gè)整流繞組。該逆變器具有電氣隔離，輸入輸出電壓變化范圍寬的特點(diǎn)，但電路開關(guān)器件多，開關(guān)損耗大，難以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。1998年浙江大學(xué)黃敏超博士等提出了"雙向Buck-Boost型高頻環(huán)節(jié)逆變器"，該逆變器是基于反激電路工作在電流斷續(xù)模式的全橋高頻環(huán)節(jié)逆變器，四象限工作過程中任何導(dǎo)通期間均有兩個(gè)功率管同時(shí)導(dǎo)通，電流應(yīng)力大、導(dǎo)通損耗大。具有雙向功率流、直流一高頻脈沖交流一低頻交流的準(zhǔn)兩級(jí)結(jié)構(gòu)、變換效率高、容量小、成本較高等特點(diǎn)。2004年南京航空航天大學(xué)龔春英博士等提出了一種"反激逆變器"，屬于單級(jí)Buck-Boost直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器，該逆變器仍然采用反激變換器，將兩個(gè)變換器對(duì)稱組合，僅需四個(gè)功率開關(guān)器件，每個(gè)變換器工作半個(gè)周期，差動(dòng)輸出交流電壓，具有單級(jí)功率變換(DC/AC)、開關(guān)器件少、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、電壓紋波較大、容量小等特點(diǎn)。上述高頻環(huán)節(jié)逆變器雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但它們存在變換效率、功率密度和可靠性偏低、成本較高等問題。單級(jí)反激逆變器的容量小，輸出電壓波形質(zhì)量不高，應(yīng)用場合受到限制。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)交流負(fù)載與直流電源高頻電氣隔離、雙向功率流、單級(jí)功率變換、高功率密度、輸出電壓紋波小、適用高壓輸入場合、成本低的逆變電源主電路及控制方法。本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)的高頻環(huán)節(jié)逆變器的兩級(jí)或準(zhǔn)兩級(jí)結(jié)構(gòu)，直接進(jìn)行直流到低頻交流的變換，屬于單級(jí)Buck直流變換器型逆變器，并且考慮到在高壓輸入場合下擴(kuò)大功率器件的選取范圍，功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力要低，本發(fā)明采用兩路相同的雙向三電平半橋直流變換器輸入端并聯(lián)，輸出端串聯(lián)組合構(gòu)成。由電源正極連于第一個(gè)輸入電容正極和第一個(gè)功率開關(guān)管的漏極，電源的負(fù)極連于第二個(gè)輸入電容的負(fù)極和第四個(gè)功率開關(guān)管的源極，第一個(gè)輸入電容的負(fù)極、第二個(gè)輸入電容的正極連于第一個(gè)變壓器原邊繞組的非同名端，第二個(gè)功率開關(guān)管的源極、第三個(gè)功率開關(guān)管的漏極都與第一個(gè)變壓器原邊繞組的同名端相連，第一個(gè)箝位二極管的陰極連于第一個(gè)功率開關(guān)管的源極和第二個(gè)功率開關(guān)管的漏極，第一個(gè)箝位二極管的陽極和第二個(gè)箝位二極管的陰極連于第一個(gè)變壓器原邊繞組的非同名端，第二個(gè)箝位二極管的陽極連于第三個(gè)功率開關(guān)管的源極和第四個(gè)功率開關(guān)管的漏極，第一個(gè)變壓器副邊第一個(gè)繞組的同名端連于第九個(gè)功率開關(guān)管的源極，第二個(gè)繞組的非同名端連于第十個(gè)功率開關(guān)管的源極，第九個(gè)功率開關(guān)管的漏極與第十個(gè)功率開關(guān)管的漏極都與第一個(gè)輸出濾波電感的一端相連，第一個(gè)輸出濾波電感的另一端與第一個(gè)濾波電容的正極相連后，接入交流負(fù)載的一端，第一個(gè)濾波電容的負(fù)極與第一個(gè)變壓器副邊第一個(gè)繞組的非同名端和副邊第二個(gè)繞組的同名端相連后接"地"，以上構(gòu)成了一路雙向三電平半橋變換器；電源正極連于第三個(gè)輸入電容正極和第五個(gè)功率開關(guān)管的漏極，電源的負(fù)極連于第四個(gè)輸入電容的負(fù)極和第八個(gè)功率開關(guān)管的源極，第三個(gè)輸入電容的負(fù)極、第四個(gè)輸入電容的正極連于第二個(gè)變壓器原邊繞組的非同名端，第六個(gè)功率開關(guān)管的源極、第七個(gè)功率開關(guān)管的漏極都與第二個(gè)變壓器原邊繞組的同名端相連，第三個(gè)箝位二極管的陰極連于第五個(gè)功率開關(guān)管的源極和第六個(gè)功率開關(guān)管的漏極，第三個(gè)箝位二極管的陽極和第四個(gè)箝位二極管的陰極連于第二個(gè)變壓器原邊繞組的非同名端，第四個(gè)箝位二極管的陽極連于第七個(gè)功率開關(guān)管的源極和第八個(gè)功率開關(guān)管的漏極，第二個(gè)變壓器副邊第一個(gè)繞組的同名端連于第十一個(gè)功率開關(guān)管的源極，第二個(gè)繞組的非同名端連于第十二個(gè)功率開關(guān)管的源極，第十一個(gè)功率開關(guān)管的漏極與第十二個(gè)功率開關(guān)管的漏極都與第二個(gè)輸出濾波電感的一端相連，第二個(gè)輸出濾波電感的另一端與第二個(gè)濾波電容的正極相連后，接入交流負(fù)載的另一端，第二個(gè)濾波電容的負(fù)極與第二個(gè)變壓器副邊第一個(gè)繞組的非同名端和副邊第二個(gè)繞組的同名端相連后接"地"，以上構(gòu)成了另一路雙向三電平半橋直流變換器。本發(fā)明采用兩種控制方法，第一種為半周期運(yùn)行模式，即上半個(gè)周期，第一路變換器輸出低頻正弦半波脈動(dòng)直流電壓，第二路變換器不工作；下半個(gè)周期，第一路變換器不工作，第二路輸出低頻正弦半波脈動(dòng)直流電壓。兩路變換器交替工作，差動(dòng)輸出構(gòu)成正負(fù)交變的低頻正弦交流電壓；第二種方法為全周期運(yùn)行模式，即兩個(gè)變換器同時(shí)工作，每個(gè)變換器輸出帶直流偏置的低頻正弦脈動(dòng)直流電壓。兩輸出電壓的直流偏置幅值相同，相位相差180°，在負(fù)載端差動(dòng)輸出構(gòu)成正負(fù)交變的低頻正弦交流電壓。本發(fā)明不僅具有交流負(fù)載與直流電源高頻電氣隔離、雙向功率流、單級(jí)功率變換、高功率密度、輸出電壓紋波小、成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且適用于高壓中大功率場合，國家對(duì)與電能質(zhì)量要求越來越高的情況下，功率因數(shù)校正技術(shù)得到日趨廣泛的研究和應(yīng)用，PFC(PowerFactorCorrection)變換器的直流輸出電壓有時(shí)甚至高達(dá)lkV，采用本發(fā)明的逆變拓?fù)淇梢院芎玫倪m應(yīng)這種場合，而且輸出濾波電感電容值都得以減小，是比較理想的逆變電源解決方案。圖1是三電平半橋單級(jí)逆變器主電路圖。圖2是三電平半橋單級(jí)逆變器全周期工作模式工作模態(tài)波形圖。圖3是三電平半橋單級(jí)逆變器全周期工作模式工作原理示意圖。圖4是三電平半橋單級(jí)逆變器全周期工作模式控制原理框圖。圖5是三電平半橋單級(jí)逆變器半周期工作模式工作模態(tài)波形圖。圖6是三電平半橋單級(jí)逆變器半周期工作模式控制原理框圖。圖l一圖6符號(hào)名稱Uin—直流電源，S廣S!廠分別為第一至第十二功率開關(guān)管，D!D廠分別為第一至第四箝位二極管，CuC22—分別為第一至第四輸入電容，Cfl、Cf2—分別為第一與第二濾波電容，Ln、Lf2—分別為第一與第二濾波電感，TVT2—分別為第一與第二變壓器，NP1、Np2—分別為第一與第二變壓器原邊繞組，NS11、NS12—分別為第一變壓器副邊第一繞組和第二繞組，NS21、NS22—分別為第二變壓器副邊第一繞組和第二繞組，Zl—交流負(fù)載，U。卜U。2—分別為第一和第二雙向三電平半橋變換器輸出電壓，i。一交流負(fù)載電流，A、B、C、D—分別為逆變器的四個(gè)工作模式(A為能量輸出U。X)，i。>0;B為能量回饋U。0，i。>0;C為能量輸出U。0，i。<0;D為能量回饋U。X)，i。<0)，ipl、ip2—分別為第一和第二變壓器原邊電流，usll、u^—分別為第一和第二變壓器副邊第一繞組電壓，im、im—分別為第一和第二濾波電感電流，UfM、Uft2—分別為第一和第二濾波電容的電壓采樣，Urefl、UreE—分別為第一和第二雙向三電平半橋變換器帶直流偏置正弦基準(zhǔn)電壓(兩電壓相位相差180°),Uel、Ue2—分別為第一和第二比例積分(PI)調(diào)節(jié)器輸出的誤差放大電壓，iu、心一分別為第一和第二濾波電感的電流采樣，UT—三角形載波電壓，Ur—不帶直流偏置的正弦基準(zhǔn)電壓，i「電流基準(zhǔn)，ugslugsl2—第一至第十二功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓。具體實(shí)施方式圖1是三電平半橋單級(jí)逆變器主電路拓?fù)湓韴D，其電路組成是電源Um正極連于第一個(gè)輸入電容C"正極和第一個(gè)功率開關(guān)管Si的漏極，電源uin的負(fù)極連于第二個(gè)輸入電容C,2的負(fù)極和第四個(gè)功率開關(guān)管S4的源極，第一個(gè)輸入電容Cu的負(fù)極、第二個(gè)輸入電容C,2的正極連于第一個(gè)變壓器原邊繞組Npl的非同名端，第二個(gè)功率開關(guān)管S2的源極、第三個(gè)功率開關(guān)管S3的漏極都與第一個(gè)變壓器T,原邊繞組Npl的同名端相連，第一個(gè)箝位二極管Dt的陰極連于第一個(gè)功率開關(guān)管Si的源極和第二個(gè)功率開關(guān)管S2的漏極，第一個(gè)箝位二極管D!的陽極和第二個(gè)箝位二極管D2的陰極連于第一個(gè)變壓器Ti原邊繞組Npi的非同名端，第二個(gè)箝位二極管D2的陽極連于第三個(gè)功率開關(guān)管S3的源極和第四個(gè)功率開關(guān)管S4的漏極，第一個(gè)變壓器T!副邊第一個(gè)繞組Nsu的同名端連于第九個(gè)功率開關(guān)管S9的源極，副邊第二個(gè)繞組Ns12的非同名端連于第十個(gè)功率開關(guān)管S1Q的源極，第九個(gè)功率開關(guān)管S9的漏極與第十個(gè)功率開關(guān)管S1{)的漏極都與第一個(gè)輸出濾波電感Lfl的一端相連，第一個(gè)輸出濾波電感Lfl的另一端與第一個(gè)濾波電容Cfl的正極相連后，接入交流負(fù)載ZL的一端，第一個(gè)濾波電容Cfl的負(fù)極與第一個(gè)變壓器副邊第一個(gè)繞組Nsll的非同名端和副邊第二個(gè)繞組Nsl2的同名端相連后接"地"，以上構(gòu)成了一路雙向三電平半橋變換器；電源Uin正極連于第三個(gè)輸入電容C21正極和第五個(gè)功率開關(guān)管S5的漏極，電源Uin的負(fù)極連于第四個(gè)輸入電容C22的負(fù)極和第八個(gè)功率開關(guān)管Ss的源極，第三個(gè)輸入電容C21的負(fù)極、第四個(gè)輸入電容C22的正極連于第二個(gè)變壓器T2原邊繞組Np2的非同名端，第六個(gè)功率開關(guān)管S6的源極、第七個(gè)功率開關(guān)管S7的漏極都與第二個(gè)變壓器T2原邊繞組Np2的同名端相連，第三個(gè)箝位二極管D3的陰極連于第五個(gè)功率開關(guān)管S5的源極和第六個(gè)功率開關(guān)管S6的漏極，第三個(gè)箝位二極管D3的陽極和第四個(gè)箝位二極管D4的陰極連于第二個(gè)變壓器T2原邊繞組Np2的非同名端，第四個(gè)箝位二極管D4的陽極連于第七個(gè)功率開關(guān)管S7的源極和第八個(gè)功率開關(guān)管S8的漏極，第二個(gè)變壓器T2副邊第一個(gè)繞組Ns21的同名端連于第十一個(gè)功率開關(guān)管Su的源極，副邊第二個(gè)繞組Ns22的非同名端連于第十二個(gè)功率開關(guān)管S12的源極，第十一個(gè)功率開關(guān)管Su的漏極與第十二個(gè)功率開關(guān)管S12的漏極都與第二個(gè)輸出濾波電感Le的一端相連，第二個(gè)輸出濾波電感Lf2的另一端與第二個(gè)濾波電容Q2的正極相連后，接入交流負(fù)載Zt的另一端，第二個(gè)濾波電容Q2的負(fù)極與第二個(gè)變壓器T2副邊第一個(gè)繞組N^的非同名端和副邊第二個(gè)繞組Ns22的同名端相連后接"地"，以上構(gòu)成了另一路雙向三電平半橋直流變換器。工作原理及工作過程(1)全周期工作模式根據(jù)輸出電壓和輸出電流的極性不同，逆變器有A、B、C、D四種工作狀態(tài)，如圖2所示。當(dāng)輸出電壓與輸出電流同號(hào)時(shí)，逆變器工作于模式A或C，電源向負(fù)載傳輸能量；當(dāng)輸出電壓與輸出電流異號(hào)時(shí)，逆變器工作于模式B或D，負(fù)載向電源回饋能量。當(dāng)逆變器帶感性負(fù)載時(shí)，逆變器的工作模式順序?yàn)锳-B-C-D;當(dāng)逆變器帶容性負(fù)載時(shí)，逆變器工作模式順序?yàn)镈-C-B-A;帶純阻性負(fù)載時(shí)工作模式只有A和C。當(dāng)/。>0時(shí)，第一路雙向三電平半橋變換器(以1\為變壓器)中電源向負(fù)載傳送能量，該變換器工作于整流狀態(tài)，能量從第一變壓器^的原邊流向副邊，副邊電流為正；第二路雙向三電平半橋變換器(以T2為變壓器)中負(fù)載回饋能量，該變換器工作于逆變狀態(tài)，能量從第二變壓器T2的副邊流向原邊，副邊電流為負(fù)。當(dāng)M。X)時(shí)，Wq1>"。2，變換器工作在模式A;當(dāng)w?！?時(shí)，Mq1<W。2,變換器工作在模式B。當(dāng)/。<0時(shí)，第一路雙向三電平半橋變換器中負(fù)載回饋能量，該變換器工作于逆變狀態(tài)，能量從第一變壓器T!的副邊流向原邊，副邊電流為負(fù)；第二路雙向三電平半橋變換器中電源向負(fù)載傳送能量，該變換器工作于整流狀態(tài)，能量從第二變壓器T2的原邊流向副邊，副邊電流為正。當(dāng)">0時(shí)，t/。Pf/。2,變換器工作在模式D;當(dāng)t/。0時(shí)，t/。卜C/。2，變換器工作在模式c。三電平半橋單級(jí)逆變器，釆用電壓電流雙閉環(huán)瞬時(shí)值反饋控制技術(shù)。兩個(gè)變換器獨(dú)立工作、單獨(dú)控制，其工作原理如圖3、圖4所示。采用瞬時(shí)值控制技術(shù)可以加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和提高系統(tǒng)對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)能力。電流內(nèi)環(huán)采用比例環(huán)節(jié)，以提高內(nèi)環(huán)的開環(huán)增益，電壓外環(huán)采用比例積分環(huán)節(jié)，以在系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下增加其帶寬。對(duì)第一路三電平半橋變換器而言，將該變換器輸出電壓U。,的采樣與帶直流偏置的基準(zhǔn)正弦電壓Urefl比較，其誤差電壓經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器后得到誤差放大信號(hào)Ue,,該誤差信號(hào)再與從濾波電感采樣的電流信號(hào)iu進(jìn)行比較，經(jīng)過比例環(huán)節(jié)后得到的誤差放大信號(hào)與三角形載波UT進(jìn)行交截，即可得到SPWM信號(hào)，將該信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路后，驅(qū)動(dòng)第一路三電平半橋變換器的第一、第二、第九功率開關(guān)S,、S2、S9，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的互補(bǔ)信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路并做適當(dāng)調(diào)整后，驅(qū)動(dòng)第三、第四、第十功率開關(guān)S3、S4、S1Q，從而使第一路變換器跟蹤基準(zhǔn)輸出帶直流偏置的正弦低頻直流電壓；對(duì)第二路三電平半橋變換器而言，將該變換器輸出電壓U。2的采樣與帶直流偏置的基準(zhǔn)正弦電壓Uref2比較，其誤差電壓經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器后得到誤差放大信號(hào)Ue2，該誤差信號(hào)再與從濾波電感采樣的電流信號(hào)b進(jìn)行比較，經(jīng)過比例環(huán)節(jié)后得到的誤差放大信號(hào)與三角形載波UT進(jìn)行交截，即可得到另一組SPWM信號(hào)，將該信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路后，驅(qū)動(dòng)第二路三電平半橋變換器的第五、第六、第十一功率開關(guān)Ss、S6、Su，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的互補(bǔ)信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路并做適當(dāng)調(diào)整后，驅(qū)動(dòng)第七、第八、第十二功率開關(guān)S7、S8、S12，從而使第二路變換器跟蹤基準(zhǔn)輸出帶直流偏置的正弦低頻直流電壓。兩個(gè)變換器的基準(zhǔn)正弦電壓Uref！與Ur^相位相差180。，頻率相同，為低頻交流負(fù)載頻率，疊加的直流分量幅值相同，在負(fù)載端差動(dòng)輸出后，直流分量抵消，可獲得高質(zhì)量的低頻正弦交流電壓。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)SPWM信號(hào)的占空比，可實(shí)現(xiàn)該逆變器輸出電壓的穩(wěn)定，由于采用電壓電流雙閉環(huán)瞬時(shí)值反饋控制技術(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快。(2)半周期工作模式圖5為半周期工作模式下逆變器的工作原理。逆變器有A、B、C、D四個(gè)工作狀態(tài)當(dāng)輸出電壓與輸出電流同號(hào)時(shí)，逆變器工作于模式A或C，電源向負(fù)載傳輸能量；當(dāng)輸出電壓與輸出電流異號(hào)時(shí)，逆變器工作于模式B或D，負(fù)載向電源回饋能量。當(dāng)逆變器帶感性負(fù)載時(shí)，逆變器的工作模式順序?yàn)锳-B-C-D;當(dāng)逆變器帶容性負(fù)載時(shí)，逆變器工作模式順序?yàn)镈-C-B-A;帶純阻性負(fù)載時(shí)工作模式只有A和C。當(dāng)/。>0時(shí)，第一路三電平半橋變換器中電源向負(fù)載傳送能量，該變換器工作于整流狀態(tài)，能量從第一變壓器Ti的原邊流向副邊，副邊電流為正；第二路三電平半橋變換器原邊開關(guān)管關(guān)斷，體二極管續(xù)流，副邊整流開關(guān)管交替導(dǎo)通續(xù)流，負(fù)載回饋能量，該變換器工作于逆變狀態(tài)，能量從第二變壓器T2的副邊流向原邊，副邊電流為負(fù)。當(dāng)"。>0時(shí)，W。^W。2，變換器工作在模式A;當(dāng)"。0時(shí)，"。^W。2，變換器工作在模式B。當(dāng)/D<0時(shí)，第一路三電平半橋變換器中原邊開關(guān)管關(guān)斷，體二極管續(xù)流，副邊整流開關(guān)管交替導(dǎo)通續(xù)流，負(fù)載回饋能量，該變換器工作于逆變狀態(tài)，能量從第一變壓器K的副邊流向原邊，副邊電流為負(fù)；第二路三電平半橋變換器中電源向負(fù)載傳送能量，該變換器工作于整流狀態(tài)，能量從第二變壓器T2的原邊流向副邊，副邊電流為正。當(dāng)">0時(shí)，f/。^仏2，變換器工作在模式D;當(dāng)f/。0時(shí)，f/。rcf/。2，變換器工作在模式C。表l為一個(gè)周期內(nèi)整個(gè)逆變器開關(guān)組合狀態(tài)，其中l(wèi)表示開關(guān)管導(dǎo)通，o表示開關(guān)管關(guān)斷。表1三電平半橋逆變器半周期工作模式功率管開關(guān)組合狀態(tài)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>為實(shí)現(xiàn)以上工作原理，采用控制方案如圖6所示輸出電壓與無偏置的基準(zhǔn)正弦電壓Ur經(jīng)比例積分放大器輸出誤差信號(hào)，即為電流基準(zhǔn)"電感電流iu與電流基準(zhǔn)L經(jīng)滯環(huán)比較器和驅(qū)動(dòng)電路得到正半周脈寬調(diào)制信號(hào)，電感電流iL2與電流基準(zhǔn)ir經(jīng)第二個(gè)滯環(huán)比較器和驅(qū)動(dòng)電路得到負(fù)半周脈寬調(diào)制信號(hào)。電流基準(zhǔn)ir經(jīng)過兩個(gè)過零比較器后，得到相位相差180。的方波信號(hào)，通過進(jìn)一步邏輯運(yùn)算和驅(qū)動(dòng)電路得到其余各個(gè)功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，工作過程中各個(gè)功率開關(guān)管的開關(guān)組合狀態(tài)如表1所示。使得第一個(gè)變換器工作時(shí)，第二個(gè)變換器原邊開關(guān)管關(guān)斷，通過體二極管續(xù)流，第二個(gè)變換器的整流開關(guān)管相應(yīng)導(dǎo)通，提供電流回路；第二個(gè)變換器工作時(shí)，第一個(gè)變換器原邊開關(guān)管關(guān)斷，通過體二極管續(xù)流，第一個(gè)變換器的整流開關(guān)管相應(yīng)導(dǎo)通，提供電流回路，從而完成整個(gè)逆變過程。權(quán)利要求1、一種三電平半橋單級(jí)逆變器，其特征在于電源(Uin)正極連于第一個(gè)輸入電容(C11)正極和第一個(gè)功率開關(guān)管(S1)的漏極，電源(Uin)的負(fù)極連于第二個(gè)輸入電容(C12)的負(fù)極和第四個(gè)功率開關(guān)管(S4)的源極，第一個(gè)輸入電容(C11)的負(fù)極、第二個(gè)輸入電容(C12)的正極連于第一個(gè)變壓器(T1)原邊繞組(Np1)的非同名端，第二個(gè)功率開關(guān)管(S2)的源極、第三個(gè)功率開關(guān)管(S3)的漏極都與第一個(gè)變壓器(T1)原邊繞組(Np1)的同名端相連，第一個(gè)箝位二極管(D1)的陰極連于第一個(gè)功率開關(guān)管(S1)的源極和第二個(gè)功率開關(guān)管(S2)的漏極，第一個(gè)箝位二極管(D1)的陽極和第二個(gè)箝位二極管(D2)的陰極連于第一個(gè)變壓器(T1)原邊繞組(Np1)的非同名端，第二個(gè)箝位二極管(D2)的陽極連于第三個(gè)功率開關(guān)管(S3)的源極和第四個(gè)功率開關(guān)管(S4)的漏極，第一個(gè)變壓器(T1)副邊第一個(gè)繞組(Ns11)的同名端連于第九個(gè)功率開關(guān)管(S9)的源極，第二個(gè)繞組(Ns12)的非同名端連于第十個(gè)功率開關(guān)管(S10)的源極，第九個(gè)功率開關(guān)管(S9)的漏極與第十個(gè)功率開關(guān)管(S10)的漏極都與第一個(gè)輸出濾波電感(Lf1)的一端相連，第一個(gè)輸出濾波電感(Lf1)的另一端與第一個(gè)濾波電容(Cf1)的正極相連后，接入交流負(fù)載(ZL)的一端，第一個(gè)濾波電容(Cf1)的負(fù)極與第一個(gè)變壓器(T1)副邊第一個(gè)繞組(Ns11)的非同名端和副邊第二個(gè)繞組(Ns12)的同名端相連后接“地”，以上構(gòu)成了一路雙向三電平半橋變換器；電源(Uin)正極連于第三個(gè)輸入電容(C21)正極和第五個(gè)功率開關(guān)管(S5)的漏極，電源(Uin)的負(fù)極連于第四個(gè)輸入電容(C22)的負(fù)極和第八個(gè)功率開關(guān)管(S8)的源極，第三個(gè)輸入電容(C21)的負(fù)極、第四個(gè)輸入電容(C22)的正極連于第二個(gè)變壓器(T2)原邊繞組(Np2)的非同名端，第六個(gè)功率開關(guān)管(S6)的源極、第七個(gè)功率開關(guān)管(S7)的漏極都與第二個(gè)變壓器(T2)原邊繞組(Np2)的同名端相連，第三個(gè)箝位二極管(D3)的陰極連于第五個(gè)功率開關(guān)管(S5)的源極和第六個(gè)功率開關(guān)管(S6)的漏極，第三個(gè)箝位二極管(D3)的陽極和第四個(gè)箝位二極管(D4)的陰極連于第二個(gè)變壓器(T2)原邊繞組(Np2)的非同名端，第四個(gè)箝位二極管(D4)的陽極連于第七個(gè)功率開關(guān)管(S7)的源極和第八個(gè)功率開關(guān)管(S8)的漏極，第二個(gè)變壓器(T2)副邊第一個(gè)繞組(Ns21)的同名端連于第十一個(gè)功率開關(guān)管(S11)的源極，第二個(gè)繞組(Ns22)的非同名端連于第十二個(gè)功率開關(guān)管(S12)的源極，第十一個(gè)功率開關(guān)管(S11)的漏極與第十二個(gè)功率開關(guān)管(S12)的漏極都與第二個(gè)輸出濾波電感(Lf2)的一端相連，第二個(gè)輸出濾波電感(Lf2)的另一端與第二個(gè)濾波電容(Cf2)的正極相連后，接入交流負(fù)載(ZL)的另一端，第二個(gè)濾波電容(Cf2)的負(fù)極與第二個(gè)變壓器(T2)副邊第一個(gè)繞組(Ns21)的非同名端和副邊第二個(gè)繞組(Ns22)的同名端相連后接“地”，以上構(gòu)成了另一路雙向三電平半橋直流變換器。2、一種基于權(quán)利要求1所述的三電平半橋單級(jí)逆變器的控制方法，其特征在于上半個(gè)周期，第一路雙向三電平半橋直流變換器輸出低頻正弦半波脈動(dòng)直流電壓，第二路雙向三電平半橋直流變換器不工作；下半個(gè)周期，第一路雙向三電平半橋直流變換器不工作，第二路雙向三電平半橋直流變換器輸出低頻正弦半波脈動(dòng)直流電壓，兩路變換器交替工作，在負(fù)載端差動(dòng)輸出構(gòu)成正負(fù)交變的低頻正弦交流電壓。3、一種基于權(quán)利要求1所述的三電平半橋單級(jí)逆變器的控制方法，其特征在于兩路雙向三電平半橋直流變換器同時(shí)工作，每個(gè)雙向三電平半橋直流變換器輸出帶直流偏置的低頻正弦脈動(dòng)直流電壓，兩輸出電壓的直流偏置幅值相同，相位相差180°，在負(fù)載端差動(dòng)輸出構(gòu)成正負(fù)交變的低頻正弦交流電壓。全文摘要一種三電平半橋單級(jí)逆變器及控制方法，屬逆變器。由電源(V_in)，兩個(gè)電容(C₁₁、C₁₂)，六個(gè)功率開關(guān)管(S₁～S₄、S₉、S₁₀)，兩個(gè)箝位二極管(D₁、D₂)，變壓器(T₁)，濾波電感(L_f1)和濾波電容(C_f1)組成逆變器一路電壓輸出電路；由電源(V_in)，兩個(gè)電容(C₂₁、C₂₂)，六個(gè)功率開關(guān)管(S₅～S₈、S₁₁、S₁₂)，兩個(gè)箝位二極管(D₃、D₄)，變壓器(T₂)，濾波電感(L_f2)和濾波電容(C_f2)組成逆變器另一路電壓輸出電路。本逆變器采用兩個(gè)雙向功率流的三電平半橋直流變換器差動(dòng)組合構(gòu)成，開關(guān)管電壓應(yīng)力低，適用于高壓輸入場合，負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)性能良好。本發(fā)明采用電路中兩路變換器各工作半個(gè)周期的無偏置電壓半周期工作模式和兩路變換器同時(shí)工作的有偏置電壓全周期工作模式兩種控制方法。文檔編號(hào)H02M7/537GK101409517SQ20081002279公開日2009年4月15日申請日期2008年7月22日優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日發(fā)明者慶叢,芳王,胡祖榮,馬運(yùn)東申請人:南京航空航天大學(xué)