[发明专利]一种使用微处理器的级联H桥多电平逆变器

说明书

本发明公开了一种使用微处理器的级联H桥多电平逆变器，包括主电路模块，主电路模块包括依次顺序级联的若干功率单元，前一功率单元的主开关组第二桥臂的中点与后一功率单元的主开关组第一桥臂的中点相连接形成级联；级联的第一个功率单元的主开关组第一桥臂的中点为单相输出正端，级联的最后一个功率单元的主开关组第二桥臂的中点为单相输出的负端；每相的输出负端相连接，每相的输出正端分别接入三相星型负载的三端；功率单元为H桥电路，H桥电路包括4个电力场效应管，其栅极经光耦合器与ARM微处理器的控制触发引脚相连，每个ARM微处理器与DSP主控制器相连。本发明控制方式灵活，输出电压的相位和幅值便于调节和控制，输出电压的谐波含量较低。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及到一种使用微处理器的级联H桥多电平逆变器。

背景技术

随着世界能源的紧缺和环境污染的日益严重，清洁的可再生能源备受人们的青睐，可再生能源的发展和应用依赖于性能优良的直流-交流逆变器装置。因此，亟需研究结构简单，输出电能质量较好，效率较高的逆变器装置。

多电平变换技术是一种新型变换器，只改进逆变器自身拓扑结构来实现高压大功率输出，不需要升压、降压变压器和均压电路。输出的波形具有更好的谐波频谱特性，每个开关器件所承受的电压应力也较小。当需要高压大功率变换时多电平变换技术就是一种具有代表性的技术，是较为理想的研究方案。

近几年研发的一种电路拓扑结构——功率单元级联型多电平逆变器广泛应用于电机的变频调速中，它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。由于采用模块化设计，各个功率单元相互级联，在变频器的直流环节采用了电容元件，无需输出变压器及任何形式的滤波器便可直接驱动交流电动机，这是它的显著优点，具有广阔的发展空间。但是变频器存在一个不容忽视的缺陷——输出侧和输入侧电压或电流含有大量的谐波干扰，这使得电压、电流波形发生畸变，这些谐波会对电网和电机造成不良影响，必须采取抑制谐波的措施。

(1)随着系统容量的不断增大，需要更高的电压和更大电流，而传统的级联逆变器由于受到功率开关管通流能力的限制，已经不能满足现实需求。

(2)通过级联更多的模块可以实现更高的电压，但是由于受到功率器件通流能力的限制，实现更大电流就会遇到很大困难。

(3)如果采用更高容量的功率开关管，则功率开关管的成本太高，系统成本增加，维护困难。

(4)目前逆变器的输出电能质量有待进一步提高，谐波含量有待进一步减少，对于电网的友好性应进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种使用微处理器的级联H桥多电平逆变器，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种使用微处理器的级联H桥多电平逆变器，包括主电路模块、电路控制模块和上位机控制模块，主电路模块包括依次顺序级联的若干功率单元，前一功率单元的主开关组第二桥臂的中点与后一功率单元的主开关组第一桥臂的中点相连接形成级联；级联的第一个功率单元的主开关组第一桥臂的中点为单相输出正端，级联的最后一个功率单元的主开关组第二桥臂的中点为单相输出的负端；每相的输出负端相连接，每相的输出正端分别接入三相星型负载的三端；电路控制模块包括ARM微处理器，上位机控制模块包括DSP主控制器，所述功率单元为H桥电路，H桥电路包括4个电力场效应管，其栅极经光耦合器与ARM微处理器的控制触发引脚相连，每个ARM微处理器与DSP主控制器相连。

进一步的，所述ARM微处理器的型号为STM32，一个ARM微处理器控制两个H桥电路。

进一步的，所述DSP主控制器的型号为TMS320F28335，DSP主控制器与ARM微处理器采用SPI通信。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：