[发明专利]一种单相多电平飞跨电容变换器及电压平衡调制方法

说明书

本发明涉及一种单相多电平飞跨电容变换器及电压平衡调制方法，包括三对驱动信号互补的开关管和一个飞跨电容；其中第一对开关管和第二对开关管串联后与第三对开关管并联最后接直流母线，第一对开关管和第二对开关管工作在开关频率，第三对开关管工作在基波频率，飞跨电容跨接在第二对开关管上。因此，本发明具有如下优点：本发明提出一种电压平衡调制方法，能够在不改变调制逻辑的情况下，通过将飞跨电容电压控制在不同的电压值，可实现不同的电压电平数量输出，从而使得该单相多电平飞跨电容变换器拓扑更加灵活多变。

技术领域

本发明涉及一种单相多电平飞跨电容变换器及电压平衡调制方法。

背景技术

与传统的单相两电平变换器相比，单相多电平变换器可输出更多的电压电平数量，dv/dt更小，开关损耗更小，输出谐波含量更低，因而所需要无源滤波器体积将更小。随着人们对功率变换器高功率密度和高转换效率性能指标的持续追求，多电平变换器拓扑正逐渐在低压场合崭露头角。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种单相多电平飞跨电容变换器，其特征在于，包括三对驱动信号互补的开关管和一个飞跨电容；其中第一对开关管和第二对开关管串联后与第三对开关管并联最后接直流母线，第一对开关管和第二对开关管工作在开关频率，第三对开关管工作在基波频率，飞跨电容跨接在第二对开关管上。

在上述的一种单相多电平飞跨电容变换器，每对开关管均包括两个串联的开关管，分别是由开关管S₁，开关管S₁'组成的第一对开关管；由开关管S₂，开关管S₂'组成的第二对开关管；由开关管S₃，开关管S₃'组成的第三对开关管，飞跨电容C_f跨接在开关管S₂和开关管S₂'上。

一种单相多电平飞跨电容变换器的电压平衡调制方法，其特征在于，接收误差信号；

误差信号经PI调节器输出驱动信号；

驱动信号控制三对开关管平衡飞跨电容C_f的端电压U_Cf，使其端电压U_Cf被控制为直流母线电压U_dc的不同比例；

输出不同的电压电平u_ab。

在上述的电压平衡调制方法，如果该单相多电平飞跨电容变换器工作在逆变模式，误差信号ΔU_ref是飞跨电容电压U_Cf与参考电压U_ref的差值：

ΔU_Cf＝U_Cf-U_ref

如果该单相多电平飞跨电容变换器工作在整流模式，误差信号ΔU_ref是参考电压U_ref与飞跨电容电压U_Cf的差值：

ΔU_Cf＝U_ref-U_Cf

在上述的电压平衡调制方法，定义A表示参考调制信号u_ref通过过零比较器后的逻辑信号，B、C、D分别表示三个调制信号u_ref1、u_ref2、u_ref3与载波信号C_ar相比较后的输出逻辑信号，根据真值表，开关管S₁、S₂和S₃驱动信号的逻辑表达式为：