一种H桥五电平有源中点钳位逆变器及死区效应抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种H桥五电平有源中点钳位逆变器，由五电平有源中点钳位型拓扑结构的左右桥臂连接而成，左、右桥臂的直流母线两端并联之后分别连接第一分压电容器C

An H-bridge five level active neutral point clamped inverter and its dead time effect suppression method

【技术实现步骤摘要】
一种H桥五电平有源中点钳位逆变器及死区效应抑制方法
本专利技术属于变流器控制
，具体涉及一种H桥五电平有源中点钳位逆变器，以及其死区效应抑制方法。
技术介绍
多电平变换器具有高功率因数、低开关损耗、低谐波含量、低dv/dt等优点，已广泛应用在新能源并网、交流调速、直流输电等领域。而五电平有源中点钳位型逆变器相对传统的二极管钳位型、飞跨电容型逆变器，不需要大量的钳位二极管和钳位电容，且易于实现电容电压的平衡控制，控制系统的复杂性较低，正受到越来越多的关注。为了防止电源直通而引入的死区时间会导致五电平有源中点钳位H桥逆变器在输出电压过零点处出现多电平越级跳变现象，多电平越级跳变现象会导致过高的dv/dt，这对主回路吸收电路和输出滤波器提出了更高的设计要求，也不利于电机等负载的绝缘。目前现有的研究文献通过采用额外的硬件增加续流通路的方式，增加了系统的体积、成本以及控制复杂度。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的之一在于提供一种H桥五电平有源中点钳位逆变器及其死区效应抑制方法，以抑制传统有源中点钳位型五电平H桥逆变器输出电压过零点多电平越级跳变问题。本专利技术专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一种有源中点钳位五电平H桥逆变器，由结构完全一致的左、右桥臂组成，每个桥臂均为五电平有源中点钳位型拓扑结构，左、右桥臂的直流母线两端并联之后分别连接第一分压电容器Cd1和第二分压电容器Cd2，所述的第一分压电容器Cd1和第二分压电容器Cd2串联；所述的五电平有源中点钳位型拓扑结构包括由开关器件S1L/S1R、开关器件S1L'/S1R'、开关器件S2L/S2R、开关器件S2L'/S2R'依次连接形成的第一支路，由开关器件S3L/S3R、开关器件S4L/S4R、开关器件S4L'/S4R'、开关器件S3L'/S3R'依次连接形成的第二支路，由第一分压电容器Cd1和第二分压电容器Cd2形成的第三支路和由悬浮电容器CfL/CfR形成的第四支路，开关器件S1L/S1R～S4L/S4R、开关器件S1L'/S1R'～S4L'/S4R'的发射极分别与二极管D1L/D1R～D4L/D4R、二极管D1L'/D1R'～D4L'/D4R'的正极相连接，开关器件S1L/S1R～S4L/S4R、开关器件S1L'/S1R'～S4L'/S4R'的集电极分别与二极管D1L/D1R～D4L/D4R、二极管D1L'/D1R'～D4L'/D4R'的负极相连接；所述的第一支路中开关器件S1L/S1R的发射极同时与开关器件S1L'/S1R'的集电极、开关器件S3L/S3R的集电极相连接，开关器件S1L'/S1R'的发射极同时与第一分压电容器Cd1的负极、开关器件S2L/S2R的集电极相连接，开关器件S2L/S2R的发射极同时与开关器件S2L'/S2R'的集电极、开关器件S3L'/S3R'的发射极相连接；所述的第二支路中开关器件S3L/S3R的发射极同时与开关器件S4L/S4R集电极、悬浮电容器CfL/CfR的正极相连接，开关器件S4L/S4R的发射极与开关器件S4L'/S4R'的集电极相连接，开关器件S4L'/S4R'的发射极同时与悬浮电容器CfL/CfR的负极、开关器件S3L'/S3R'的集电极相连接；所述的第三支路中第一分压电容器Cd1的正极与开关器件S1L/S1R的集电极相连接，第一分压电容器Cd1的负极与第二分压电容器Cd2的正极相连接，第二分压电容器Cd2的负极与开关器件S2L'/S2R'的集电极相连接；所述的第四支路中悬浮电容器CfL/CfR的正极同时连接开关器件S3L/S3R的发射极、开关器件S4L/S4R的集电极，悬浮电容器CfL/CfR的负极同时连接开关器件S4L'/S4R'的发射极、开关器件S3L'/S3R'的集电极。一种H桥五电平有源中点钳位逆变器的死区效应抑制方法，包括以下步骤：步骤1，以与第三支路连接的第一支路作为高压管，以第二支路和第四支路作为高频管，根据新型载波移相PSPWM调制策略，计算得到左右桥臂的高压管调制波Ux及高频管调制波Urefx；步骤2，根据载波移相PSPWM调制策略，确认左右桥臂各开关管对应的三角载波信号；步骤3，将左右桥臂的高压管调制波Ux及高频管调制波Urefx分别与对应的三角载波比较后，输出最终的PWM驱动信号给H桥五电平有源中点钳位逆变器。进一步，所述的步骤1的具体过程如下：步骤1.1，设逆变器输出相参考电压为Uo，则由如下公式可得到左、右桥臂对母线中点的参考电压UoL、UoR：对应的高频管S3x/S4x的调制波由如下公式得到：步骤1.2，由如下公式计算高压管S1x的调制波：进一步，所述的步骤2的具体过程如下：令左、右桥臂的高压管中S1x、S1x'、S2x、S2x'对应载波C5，左桥臂的高频管中S3L/S3L'、S4L/S4L'分别对应载波C1、C2，右桥臂的高频管中S3R/S3R'、S4R/S4R'分别对应载波C3、C4；令五个载波C1、C2、C3、C4、C5的周期为Ts，对应的周期寄存器值为N且为三角载波，载波C1为基础载波，载波C2滞后基础载波Ts/2，载波C3滞后基础载波Ts/4，载波C4超前基础载波Ts/4，载波C5滞后基础载波Td，Td为死区时间；则载波C1、C2、C3、C4、C5生成方式为连续增减计数模式；载波C1、C2、C3、C4、C5的计数相位值分别为0、N、N/2、N/2、Td*N*2/Ts。进一步，所述的步骤3的具体过程如下：载波C1、C2、C3、C4以基础载波C1的载波计数器为基准更新比较寄存器的值，载波C5以自身的载波计数器为基准更新比较寄存器的值；当基础载波C1的载波计数值为0时，更新载波C1、C2、C3、C4对应的比较寄存器值，用于生成高频管的驱动信号，将比较寄存器的值与载波比较得到高频管的PWM脉冲；当载波C5的载波计数值为0时，更新载波C5对应的比较寄存器值，用于生成高压管的驱动信号，比较寄存器的值与载波比较得到高压管的PWM脉冲；其中当比较寄存器的值大于载波时对应开关管的控制信号为低电平，开关管导通，反之，输出高电平，开关管关断。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过维持高压管在输出电压过零点死区时间内的开关状态，抑制了H桥型5L-ANPC型逆变器输出电压过零点处多电压跳变问题。本专利技术所采用的技术方案具有以下优点：不改变H桥型5L-ANPC型逆变器拓扑结构，不增加控制的复杂度，且易于软件编程实现。附图说明图1为本专利技术的拓扑结构图；图2为本专利技术死区效应抑制方法的示意图；图3为现有技术中H桥5L-ANPC逆变器载波移相PWM示意图；图4为本专利技术的H桥5L-ANPC逆变器新型载波移相PWM示意图；图5和图6为逆变器输出电压由正转负瞬间各开关管的导通关断情况：图5为未加死区效应抑制方法，图6为加死区效应抑制方法；图7和图8为逆变器输出电压由负转正瞬间各开关管的导通关断情况：图7为未加死区效应抑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种H桥五电平有源中点钳位逆变器，其特征在于：由五电平有源中点钳位型拓扑结构的左右桥臂连接而成，左、右桥臂的直流母线两端并联之后分别连接第一分压电容器C

【技术特征摘要】
1.一种H桥五电平有源中点钳位逆变器，其特征在于：由五电平有源中点钳位型拓扑结构的左右桥臂连接而成，左、右桥臂的直流母线两端并联之后分别连接第一分压电容器Cd1和第二分压电容器Cd2，所述的第一分压电容器Cd1和第二分压电容器Cd2串联；
所述的桥臂包括由开关器件S1x、开关器件S1x'、开关器件S2x和开关器件S2x'依次连接形成的第一支路，由开关器件S3x、开关器件S4x、开关器件S4x'和开关器件S3x'依次连接形成的第二支路，由第一分压电容器Cd1和第二分压电容器Cd2形成的第三支路以及由悬浮电容器Cfx形成的第四支路(x表示左右桥臂L或R)；
所述的开关器件S1x～S4x和S1x'～S4x'上分别反向并联有二极管D1x～D4x和D1x'～D4x'；
所述的第一支路中开关器件S1x的发射极同时与开关器件S1x'的集电极和开关器件S3x的集电极相连接，开关器件S1x'的发射极同时与第一分压电容器Cd1的负极和开关器件S2x的集电极相连接，开关器件S2x的发射极同时与开关器件S2x'的集电极和开关器件S3x'的发射极相连接；
所述的第二支路中开关器件S3x的发射极同时与开关器件S4x的集电极和悬浮电容器Cfx的正极相连接，开关器件S4x的发射极与开关器件S4x'的集电极相连接，开关器件S4x'的发射极同时与悬浮电容器Cfx的负极和开关器件S3x'的集电极相连接；
所述的第三支路中第一分压电容器Cd1的正极与开关器件S1x的集电极相连接，第一分压电容器Cd1的负极与第二分压电容器Cd2的正极相连接，第二分压电容器Cd2的负极与开关器件S2x'的集电极相连接；
所述的第四支路中悬浮电容器Cfx的正极同时连接开关器件S3x的发射极和开关器件S4x的集电极，悬浮电容器Cfx的负极同时连接开关器件S4x'的发射极和开关器件S3x'的集电极。


2.一种如权利要求1所述H桥五电平有源中点钳位逆变器的死区效应抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，以与第三支路连接的第一支路作为高压管，以第二支路和第四支路作为高频管，根据载波移相PSPWM调制策略，计算得到高压管调制波Ux及高频管调制波Urefx；
步骤2，确认左右桥臂各开关管对应的三角载波信...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵俊波，赵晓宇，邱长青，肖烨然，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42