[发明专利]模块化开关功率放大器及其控制方法

摘要

本发明公开了一种模块化开关功率放大器及其控制方法，该种功率放大器前级采用三相不可控整流电路，将电网电压变换成脉动直流；中间级采用高频DC‑DC整流电路，实现可调的且脉动较小直流电压；后级采用二极管钳位三电平输出电路，利用载波层叠调制使电压输出为多电平，减小输出电压的总谐波失真(THD)，从而满足功放的信号失真需求。高频DC‑DC整流的控制策略采用移相控制方式，依据负载的需求调节直流侧电压。为达到信号失真度要求，提出死区补偿的控制方法，利用调制策略实现中点电压平衡控制。

主权项

1.一种模块化开关功率放大器的钳位多电平电压平衡及死区补偿控制方法，模块化开关功率放大器包括依次连接的前级的三相不可控整流电路、中间级高频DC‑DC电路和后级二极管钳位的两相三电平逆变电路；所述中间级高频DC‑DC电路包括全桥逆变电路，所述全桥逆变电路与高频变压器的原边相连，所述高频变压器的副边与LC滤波电路连接；其特征在于，包括以下步骤：1)分别对高频变压器的输出电压的分电压进行采样，得到u_dc1和u_dc2，并实时检测高频变压器的输出电流i_l，通过输出电流及采样电压确定调制模式；2)两相三电平逆变电路的直流侧上下电容电压允许偏差为|Δu_max|，并计算Δu＝u_dc1‑u_dc2；3)若|Δu|<|Δu_max|，则保持原有的载波不变，若|Δu|>|Δu_max|，输出波形为正半周；当i_l>0，Δu<0时，工作状态由模式1切换到模式2，当i_l>0，Δu>0时，工作状态由模式2切换到模式1，其中模式1的电流经左桥臂第一开关管S11、第二开关管S12、负载及右桥臂第三开关管S23、第四二极管D4构成回路，模式2电流经左桥臂第一二极管D1、第二开关管S12流经负载及右桥臂第二开关管S23、第四开关管S24构成回路；输出波形为负半周：当i_l>0，Δu<0时，工作状态由模式4切换到模式3，当i_l>0，Δu>0时，工作状态由模式3切换到模式4，其中模式3的电流经左桥臂第一二极管D1、第二开关管S12、负载及右桥臂第三开关管S23、第一开关管S21构成回路，模式4电流经左桥臂第四开关管S14、第三开关管S13流经负载及右桥臂第三开关管S23、第四二极管D4构成回路；通过四种工作模式相互切换以维持中性点电压平衡；4)当i_l>0时，在功放的信号源信号中叠加Δu_r，其中Δu_r为死区时间与载波周期的比值，当i_l<0时，在功放的信号源信号中叠加‑Δu_r进行死区补偿，减小三次谐波含量，降低电流的畸变率；5)将叠加死区补偿后的信号与载波实时比较，并利用载波层叠调制策略，左右桥臂各输出四路PWM信号驱动后级两相三电平逆变电路桥臂的功率器件。