S触发器的Q端输出即为开关S21的开关信号g(S21);对于级联单元i，单周控制器的时钟脉冲相移设为(i_l)Ts/n，RS触发器的Q端输出即为开关S11的开关信号g(Sn)。
[0033](2)后级逆变器的控制通过判定给定电压信号的正负来获得逆变器同一桥臂上下开关管互补导通的各开关管的调制信号，其中S1的开关信号为S(S1), S2的开关信号为g(S2)，S3的开关信号为g(S3)，S4的开关信号为g(S4)。当给定电压信号为正时，开关Sl、S4导通而S2、S3关断，此时输出电压V。的方向与前级变换器的输出电压Vg相同；当给定电压信号为负时，开关S2、S3导通而Sl、S4关断，此时输出电压V。的方向与前级变换器的输出电压Vg相反。通过开关的交替导通实现了输出电压正负半周的交替。
[0034]图2所示单周期控制器包括采样电路，时钟脉冲发生器，复位积分器及RS触发器，使得本实用新型便于实现模块化。时钟信号到来时，积分器开始对采集的电压信号(Vcil,VfVf Vcin)进行积分，到达给定值时，积分器复位为零，直到下一个时钟信号到来时重新开始进行积分。每个级联单元均采用独立的单周控制器进行控制，各级联单元中时钟脉冲依次错位Ts/n时间，其中Ts为开关周期。对于级联单元1，单周控制器的时钟脉冲相移设为0，RS触发器的Q端输出即为开关Sn的开关信号g(Sn);对于级联单元2，单周控制器的时钟脉冲相移设为Ts/n，RS触发器的Q端输出即为开关S21的开关信号g(S21);对于级联单元i，单周控制器的时钟脉冲相移设为(i_l)Ts/n，RS触发器的Q端输出即为开关S11的开关信号g(Su)。本实施例中n = 3，实现四电平逆变效果，控制中三个级联半桥单元时钟脉冲依次错开Ts/3的时间。
[0035]图3所示为后级变换器的控制，通过判定给定电压信号的正负来获得逆变器同一桥臂上下开关管互补导通的各开关管的调制信号，其中S1的开关信号为开关信号为g(S2)，S3的开关信号为g(S3)，S4的开关信号为g(S4)。通过开关的交替导通实现了输出电压正负半周的交替。
[0036]如图4(a)及图4(b)所示为本实施例在理想恒定直流电源应用条件下，基于单周控制的两级式多电平逆变器的输出电压波形图。本实施例中Vcd为后级逆变器输出电压;V。为LC滤波后负载输出电压。
[0037]图5(a)图5(b)-图8(a)图8(b)是在直流电源非理想情况下:如低频脉动(各级联单元直流电源均加入一个频率为5Hz，幅值为7V的正弦周期干扰)或者输入电压的不平衡(仅级联单元I的直流电源加入一个频率为5Hz，幅值为7V的正弦周期干扰)时，本实用新型的多电平逆变器采用单周控制的输出电压波形。为了体现单周控制的优点，选取传统的SPffM控制作为对比。从结果可以看到在任何非理想情况，单周控制均能够输出稳定的正弦电压，而传统的SPffM控制的输出电压的幅值会发生波动。
[0038]如图5(a)及图5(b)所示为在直流源含有低频脉动时本实用新型的多电平逆变器米用单周控制的输出电压Vcd的输出波形图及LC滤波后负载输出电压V。。
[0039]如图6(a)及图6(b)所示为在直流源含有低频脉动时本实用新型的多电平逆变器采用传统SPffM控制的输出电压Vcd的输出波形图及LC滤波后负载输出电压V。。
[0040]如图7(a)及图7(b)所示为直流源不平衡(仅级联单元I的直流电压含有低频脉动)时本实用新型的多电平逆变器采用单周控制的输出电压Vcd的输出波形图及LC滤波后负载输出电压V。。
[0041]如图8(a)及图8(b)所示为直流源不平衡(仅级联单元I的直流电压含有低频脉动)时本实用新型的多电平逆变器采用传统SPffM控制的输出电压Vcd的输出波形图及LC滤波后负载输出电压V。。
[0042]实施例的结果显示，在理想直流电源条件下，单周控制和传统的SPmi控制都可以达到多电平的控制效果，经过LC滤波后得到稳定的正弦电压波形，波形质量良好，满足变换器应用的需要。然而在直流电源存在非理想情况时，传统的SPffM控制的输出电压波形会不稳定甚至畸变，不再能够满足正常的工作需要。
[0043]本实用新型前级级联半桥变换器与后级逆变电路的串联，可很好的实现近似正弦的多电平阶梯波，简化了功率单元系统拓扑结构的复杂性，减少了绝缘栅双极型晶体管的使用数量，从而降低了造价成本，节约了成本；
[0044]本实用新型单周控制用于前级各半桥单元的控制，无需高精度的采样环节，除精确控制外，对直流侧输入电压的扰动，包括电压不平衡和电压低频脉动等具有良好的抑制能力，有效的解决了传统调制中存在的波形畸变问题。
[0045]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种半桥级联型多电平逆变器，其特征在于，由前、后级变换器串联构成，所述前级变换器由η个半桥单元级联构成，每个半桥单元的两条直流母线之间一端跨接直流电源或电容，另一端跨接半桥电路，所述半桥电路由绝缘栅双极性晶体管及不控二极管串联构成，所述第一半桥单元的绝缘栅双极性晶体管及不控二极管的连接点引出后级变换器输入侧端点Α，第η个半桥单元的直流电源或电容负端引出后级变换器的输入侧端点B;上一级半桥单元的直流电源或电容负端与下一级绝缘栅双极性晶体管及不控二极管的的连接点相连。2.根据权利要求1所述的一种半桥级联型多电平逆变器，其特征在于，所述后级变换器为单相全桥逆变电路。3.根据权利要求2所述的一种半桥级联型多电平逆变器，其特征在于，所述单相全桥逆变电路具体由四个全控型电力电子开关构成。4.根据权利要求1所述的一种半桥级联型多电平逆变器，其特征在于，还包括LC滤波器，所述LC滤波器与后级变换器连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种半桥级联型多电平逆变器，由前、后级变换器串联构成，所述前级变换器由n个半桥单元级联构成，每个半桥单元的两条直流母线之间一端跨接直流电源或电容，另一端跨接半桥电路，所述半桥电路由绝缘栅双极性晶体管及不控二极管串联构成，所述第一半桥单元的绝缘栅双极性晶体管及不控二极管的连接点引出后级变换器输入侧端点A，第n半桥单元的直流电源或电容负端引出后级变换器的输入侧端点B；上一级半桥单元的直流电源或电容负端与下一级绝缘栅双极性晶体管及不控二极管的连接点相连。本实用新型减少了绝缘栅晶体管的使用数量，节约了实施成本。
【IPC分类】H02M7/5387, H02M7/483
【公开号】CN205336145
【申请号】CN201521035748
【发明人】吴青华, 王磊, 马小新
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2015年12月11日