零电压开关三相三电平二极管中点箝位逆变器及其调制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及三相三电平逆变器，尤其涉及一种零电压开关三相三电平二极管中点 箝位逆变器拓扑及其调制方法。
【背景技术】
[0002] 逆变器是将直流电转换为交流电的装置，常见的拓扑如三相三电平二极管中点箝 位逆变器，包括由十二个反并联有二极管的全控主开关（Sal~Sa4,Sbl~Sb4,Sel~S。4)及六 个箝位二极管〇)ap，Dan，Dbp，Dbn，Dep，Dm)组成的三相桥臂，分别接在各相桥臂输出中点与负 载之间的输出电感（La，Lb，L。)，接在三相桥臂输入端与直流电源之间的两个直流母线电容 (QC2)。电路工作在硬开关状态，存在二极管反向恢复现象，期间开关损耗大，限制了工作 频率的提高，导致需采用较大的滤波器，降低了电路效率并存在电磁干扰。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种可以抑制二极管反向恢复电流，减小开关损耗，提高电 路效率，减少电磁干扰的零电压开关二极管中点箝位三相三电平逆变器及其调制方法。
[0004] 本发明的零电压开关三相三电平二极管中点箝位逆变器，包括由十二个反并联有 二极管的全控主开关及六个箝位二极管组成的三相桥臂，分别接在各相桥臂输出中点与负 载之间的输出电感，接在三相桥臂输入侧直流母线正负端之间的两个直流母线电容，其特 征是：三相桥臂的十二个主开关分别并联电容，在三相桥臂的正输入端和第一直流母线电 容正极之间接入第一谐振电感，第一谐振电感的正极连接第一直流母线电容正极，第一谐 振电感的负极连接三相桥臂的正输入端，在三相桥臂的负输入端和第二直流母线电容负极 之间接入第二谐振电感，第二谐振电感的正极连接三相桥臂的负输入端，第二谐振电感的 负极连接第二直流母线电容负极，在第一谐振电感两端跨接由反并联有二极管的第一辅助 开关与第一箝位电容相串联的电路，其中第一箝位电容的负极连接第一谐振电感正极，第 一辅助开关中反并二极管阳极连接第一谐振电感负极，在第二谐振电感两端跨接由反并联 有二极管的第二辅助开关与第二箝位电容相串联的电路，其中第二箝位电容的正极连接第 二谐振电感负极，第二辅助开关中反并二极管阴极连接第二谐振电感正极，在第一辅助开 关两端并联第一电容，在第二辅助开关两端并联第二电容，在三相桥臂的正输入端和两个 直流母线电容中点之间接入反并联有二极管的第一短路开关，在三相桥臂的负输入端和两 个直流母线电容中点之间接入反并联有二极管的第二短路开关。
[0005] 本发明的零电压开关三相三电平二极管中点箝位逆变器的调制方法，其特征在 于：采用三电平空间矢量不连续调制矢量作用时间及三相比较值计算模块，三角载波I，三 角载波II，辅助开关及短路开关所需两相比较值选取模块，辅助开关Sp及短路开关SZp比 较值计算模块，辅助开关Sn及短路开关Szn比较值计算模块，锯齿载波I，锯齿载波II，十二 个比较器，六个反相器，两个与非门，两个与门，十四个上升沿延时模块，两个下降沿延时模 块，对零电压开关三相三电平二极管中点箝位逆变器的三相桥臂主开关的空间矢量进行不 连续调制以及辅助开关和短路开关进行调制；
[0006] 参考矢量v,ef连接三电平空间矢量不连续调制矢量作用时间及三相比较值计算模 块的输入端，三电平空间矢量不连续调制矢量作用时间及三相比较值计算模块输出的三相 比较值uma与第一比较器的正输入端和第二比较器的负输入端相连，三角载波I连接第一 比较器的负输入端，三角载波II连接第二比较器的正输入端，第一比较器的输出端同时连 接第一上升沿延时模块和第一反向器的输入端，第一反向器的输出端连接第二上升沿延时 模块的输入端，第一上升沿延时模块输出主开关Sal的驱动信号vgeSal，第二上升沿延时模块 输出主开关Sa3的驱动信号vgeSa3，第二比较器的输出端同时连接第四上升沿延时模块和第 二反向器的输入端，第二反向器的输出端连接第三上升沿延时模块的输入端，第四上升沿 延时模块输出主开关Sa2的驱动信号vge_Sa2，第三上升沿延时模块输出主开关Sa4的驱动信 号vge_Sa4;S电平空间矢量不连续调制矢量作用时间及三相比较值计算模块输出的三相比 较值umb与第三比较器的正输入端和第四比较器的负输入端相连，三角载波I连接第三比较 器的负输入端，三角载波II连接第四比较器的正输入端，第三比较器的输出端同时连接第 五上升沿延时模块和第三反向器的输入端，第三反向器的输出端连接第六上升沿延时模块 的输入端，第六上升沿延时模块输出主开关sb3的驱动信号vge_sb3，第五上升沿延时模块输出 主开关Sbl的驱动信号vgeSbl，第四比较器的输出端同时连接第八上升沿延时模块和第四反 向器的输入端，第四反向器的输出端连接第七上升沿延时模块的输入端，第八上升沿延时 模块输出主开关sb2的驱动信号Vge;_sb2，第七上升沿延时模块输出主开关Sb4的驱动信号Vge;_ sb4;三电平空间矢量不连续调制矢量作用时间及三相比较值计算模块输出的三相比较值umc; 与第五比较器的正输入端和第六比较器的负输入端相连，三角载波I连接第五比较器的负 输入端，三角载波II连接第六比较器的正输入端，第五比较器的输出端同时连接第九上升 沿延时模块和第五反向器的输入端，第五反向器的输出端连接第十上升沿延时模块的输入 端，第十上升沿延时模块输出主开关Se3的驱动信号vgeSe3，第九上升沿延时模块输出主开关 L的驱动信号vgeSc;1。第六比较器的输出端同时连接第十二上升沿延时模块和第六反向器 的输入端，第六反向器的输出端连接第十一上升沿延时模块的输入端，第十二上升沿延时 模块输出主开关Se2的驱动信号vSc;2，第十一上升沿延时模块输出主开关Se4的驱动信号 vgeSe4;三电平空间矢量不连续调制矢量作用时间及三相比较值计算模块的三相比较值u"、 umb、ujt出端连接辅助开关及短路开关所需两相比较值选取模块的输入端，辅助开关及短 路开关所需两相比较值选取模块输出的比较值ump2连接辅助开关Sp及短路开关SZp比较值 计算模块的输入端，辅助开关Sp及短路开关Szp比较值计算模块输出的比较值u_与第七比 较器的负输入端相连，辅助开关Sp及短路开关SZp比较值计算模块输出的比较值11_2与第八 比较器的正输入端相连，辅助开关Sp及短路开关SZp比较值计算模块输出的比较值u_3与第 九比较器的负输入端相连，锯齿载波I与第七比较器的正输入端、第八比较器的负输入端 和第九比较器的正输入端相连。第七比较器的输出端与第八比较器的输出端连接第一与非 门的输入端，第一与非门的输出端连接第十三上升沿延时模块的输入端，第十三上升沿延 时模块输出短路开关SZp的驱动信号Vge;_SZp，第八比较器的输出端与第九比较器的输出端连 接第一与门的输入端，第一与门的输入端连接第一下降沿延时模块的输入端，第一下降沿 延时模块输出辅助开关Sp的驱动信号vgeSp;辅助开关及短路开关所需两相比较值选取模 块输出的比较值Umn2连接辅助开关S n及短路开关S zn比较值计算模块的输入端，辅助开关 Sn及短路开关S zn比较值计算模块输出的比较值u mnl与第十比较器的负输入端相连，辅助开 关Sn及短路开关S zn比较值计算模块输出的比较值u mn2与第十一比较器的正输入端相连，辅 助开关Sn及短路开关S Zn比较值计算模块输出的比较值u ^与第十二比较器的负输入端相 连，锯齿载波II与第十比较器的正输入端、第十一比较器的负输入端和第十二比较器的正 输入端相连。第十比较器的输出端与第十一比较器的输出端连接第二与非门的输入端，第 二与非门的输入端连接第十四上升沿延时模块的输入端，第十四上升沿延时模块输出短路 开关S zn的驱动信号v ge SZn，第十一比较器的输出端与第十二比较器的输出端连接第二与门 的输入端，第二与门的输入端连接第二下降沿延时模块的输入端，第二下降沿延时模块输 出辅助开关sn的驱动信号Vge_Sn;
[0007] 所述的三电平空间矢量不连续调制矢量作用时间及三相比较值计算模块：根据参 考矢量vMf的相位从0度开始至360度结束作为一个工频周期，以每60度相位将一个工频 周期分为6个大扇区，0度至60度为大扇区1，60度至120度为大扇区II，120度至180度 为大扇区III，180度至240度为大扇区IV，240度至300度为大扇区V，300度至360度为 大扇区VI，每个大扇区中根据合成参考矢量v Mf所需的三个矢量的不同又可以分为5个小 扇区，即小扇区a，小扇区b，小扇区c，小扇区d，小扇区e ;大扇区I的小扇区a由三个矢量 poo、oon、ooo的终点围成，一个开关周期内保持B相桥臂输出为〇电平，小矢量poo作用时 间为T ia_a)，小矢量〇〇n作用时间为T2M，零矢量〇〇〇作用时间为T 3M，A相比较值uma"_a) STm_a)/2，B相比较值为0，C相比较值umc；a_a)为-T 2"_a)/2 ;大扇区I的小扇区c由三 个矢量pnn、pon、onn的终点围成，一个开关周期内保持C相桥臂输出为n电平，长矢量pnn 作用时间为T ia_d，中矢量pon作用时间为T2a_d，小矢量onn作用时间为T 3a_d，A相比较值 umaG-〇)为 T B 相比车父值 Uubd-。)为-T 1(I_c)/2-T3(I_ a)/2, C 相比车父值 为-T s; 大扇区I的小扇区d由三个矢量onn、oon、pon的终点围成，且此时的参考矢量vMf相位小 于30度，一个开关周期内保持C相桥臂输出为n电平，小矢量onn作用时间为，小矢 量oon作用时间为T2(I_ d)，中矢量pon作用时间为T3(I_d)，A相比较值umaa_d0 T 3(I_d)/2, B相 比较值umMl_d0 -T ia_d)/2，C相比较值um^为-T s;大扇区I的小扇区e由三个矢量poo、 ppo、pon的终点围成，且此时的参考矢量vMf相位大于等于30度，一个开关周期内保持A相 桥臂输出为P电平，小矢量P〇〇作用时间为T 1(I_e)，小矢量ppo作用时间为T2(I_e)，中矢量pon 作用时间为T- 3M，A相比较值为Ts，B相比较值T 2^/2, C相比较值 为-T3a_e)/2 ;大扇区I的小扇区b由三个矢量pon、ppn、ppo的终点围成，一个开关周期内保 持A相桥臂输出为p电平，中矢量pon作用时间为T lC[_w，长矢量ppn作用时间为T2a_w，小矢 量PP0作用时间为T 3 a_b)，A相比较值uMa_b)为T s，B相比较值 Umb(I-b)为 T 2(1-b) /2+T3(i-b)/2? C 相比较值umea_w为-T ia_w/2-T2C[_w/2 ;大扇区II的小扇区a由三个矢量oon、opo、ooo的终 点围成，一个开关周期内保持A相桥臂输出为0电平，小矢量oon作用时间为Tmi_a)，小矢量 0P0作用时间为T 2to_a)，零矢量000作用时间为T3to_a)，A相比较值u ma(II_a)为0, B相比较值 umb(ii-a)为hai-Eo/LUB比较值um eai-a)为-T iai-a)/2 ;大扇区II的小扇区c由三个