基于H橋級聯型逆變器PWM控制策略的研究

1引言

　　H橋級聯型多電平變換器采用多個功率單元串聯的方法來實現高壓輸出，其輸出多采用多電平移相式PWM控制方式，以實現較低的輸出電壓諧波，較小的dv/dt和共模電壓及較小的轉矩脈動。為實現高壓，只需簡單的增加單元數即可，該種實現方式的技術難度小。每個功率單元都是分離的直流電源，之間是彼此獨立的，對一個單元的控制不會影響其他單元。H橋級聯型逆變器與單橋逆變器的實現方式主要區別在于PWM的控制方式上，本文對H橋級聯型逆變器的PWM控制方式進行探討。

2H橋級聯型逆變器結構

　　每個功率單元都是一個獨立的直流電源，其設計方式如下圖1所示：

圖1功率單元結構框圖

　　根據上圖對功率單元的描述可知，此種實現方式的功率單元可以產生三種電平，即+Udc、0、-Udc。當S1和S4導通，S2和S3關閉時，負載得到電壓+Udc;當S2和S3導通，S1和S4關閉時，負載得到電壓-Udc;當S1和S3（或S2和S4）導通，S2和S4（或S1和S3）關閉時，負載得到電壓0（注意：在控制的過程中，要嚴格避免同一橋臂兩功率器件同時導通，即同一橋臂的兩路控制信號要求是反向的）。因此可見，當使用不同的PWM控制策略，便可以產生不同的PWM波形。

3載波移相控制理論

　　一般來說，N電平的逆變器調制，需要N-1個三角載波。載波移相調制法中，所有三角波均具有相同的頻率和幅值，但是任意兩個相鄰載波的相位要有一定的相移，其值為

　　（1）

　　調制信號通常為幅值和頻率都可調節的三相正弦信號。通過調制波和載波的比較，可以產生所需要的開關器件的驅動信號[1]。

4PWM控制策略

　　變頻器通常以正弦波的方式輸出，對于單相橋而言，其輸出通常可分為單極性調制和雙極性調制兩種方式（限于篇幅，具體實現方式見參考文獻）。而基于H橋方式的逆變器，同樣也可以輸出類似于單相橋輸出的波形，其PWM控制策略應稍作調整。單極性調制和雙極性調制兩種方式輸出的波形在性能上有所區別，由于單極性調制可以輸出三個電平，而雙極性調制只能輸出兩個電平，因此雙極性調制的dv/dt較大，對電機絕緣沖擊大。在產品設計過程中，通常采用單極性調制波形作為最終的輸出波形。本文以H橋級聯型逆變器的結構和采用載波移相法產生的SPWM作為各功率單元的控制信號為基礎，來實現單極性SPWM波形的輸出。下面對幾種PWM控制策略進行探討和研究：

　　1）單橋臂斬波：所謂的單橋臂斬波法即是S1和S2作為半周期控制信號，當正半周期時S1導通，S2關閉;當負半周期時S1關閉，S2導通;S3的控制信號為SPWM信號，

圖2S3的控制信號波形

圖3S1的控制信號波形

圖4功率單元輸出波形