一種用于三相高頻鏈矩陣式逆變器的SPWM方法

模態(tài)1[t0～t1] t0時刻起，前級逆變器進入死區(qū)狀態(tài)，后級矩陣變換器處于正組逆變的“111”狀態(tài)，負載電流由正組逆變器上管構成續(xù)流回路。變壓器電感中儲存的能量回饋給輸入側直流電源。
模態(tài)2[t1～t2] t1時刻起，前級逆變保持死區(qū)狀態(tài)不變，后級矩陣變換器正組逆變電路由“111”狀態(tài)切換為“110”狀態(tài)，相應開關ZVS動作。前級電路的能量回饋結束后，負載能量通過變壓器次級續(xù)流，次級處于勵磁狀態(tài)。
模態(tài)3[t2～t3] t2時刻，前級逆變電路ZCS開通，后級矩陣開關狀態(tài)保持不變，HFLMI由前級經(jīng)過高頻變壓器向后級傳遞能量。該時間段電路處于正常的功率傳輸狀態(tài)，初級及次級電流分別呈線性增長。
模態(tài)4[t3～t4] t3時刻，后級的正組逆變器由“110”狀態(tài)切換到“100”狀態(tài)，而前級開關V1，V4工作狀態(tài)保持不變，HFLMI繼續(xù)工作在正常的功率傳遞狀態(tài)。
模態(tài)5[t4～t5] t4時刻，變壓器前級保持模態(tài)4的開關狀態(tài)不變，后級開關矩陣正組逆變器由“100”狀態(tài)切換為“000”狀態(tài)，三相負載通過正組逆變器的下橋臂續(xù)流。若不計變壓器漏感及線路分布參數(shù)，次級電流將突變?yōu)榱悖蠹壺撦d電壓被“000”工作狀態(tài)箝位，此時前級電路的正常觸發(fā)與導通使變壓器初級處于正常勵磁階段。
模態(tài)6[t5～t6] t5時刻，前級逆變進入死區(qū)階段，后級由正組逆變器的“000”狀態(tài)切換為負組逆變器的“111”狀態(tài)運行，變壓器次級電流仍保持為零，初級電流則趨于減小，從而感生出下正上負的電勢，這樣，三相負載能量經(jīng)由負組電路的上橋臂續(xù)流的同時，變壓器勵磁電感中的儲能經(jīng)由變壓器前級電路回饋給輸入側直流電源。
模態(tài)7[t6～t7] t6時刻，前級逆變器開關保持自模態(tài)6的死區(qū)工作狀態(tài)不變，后級開關矩陣進入負組逆變器的“110”工作狀態(tài)，三相負載能量可通過變壓器次級續(xù)流，次級由此處于勵磁狀態(tài)，初次級電壓則被箝位為零，初級能量回饋狀態(tài)結束。
模態(tài)8[t7～t8] t7時刻，前級逆變器V2，V3導通，后級負組逆變器開關維持“110”狀態(tài)，系統(tǒng)由直流電源向交流負載傳遞能量，變壓器初次級電流線性增長。
模態(tài)9[t8～t9] t8時刻，前級逆變器開關狀態(tài)不變，后級負組逆變器由“110”變?yōu)?ldquo;100”，系統(tǒng)向負載傳遞能量，變壓器初次級電流繼續(xù)線性增長。
模態(tài)10[t9～t10] t9時刻，前級逆變器狀態(tài)不變，后級負組逆變器由“100”切換為“000”狀態(tài)工作，變壓器次級電流值為零，初級為正常勵磁階段。
可知解結耦SPWM策略可有效解決HFLMI阻感性負載時的負載能量流通及負載換流問題。

4 實驗驗證
實驗參數(shù)為：輸入電壓直流30 V，變壓器變比1：10，前級高頻逆變開關頻率為12 kHz，后級解結耦SPWM載波頻率為24 kHz，采用三相星形負載，其中每相L=10 mH，R=30 Ω。所得實驗結果如圖4所示。

圖4a為解結耦SPWM時矩陣逆變器a相橋臂四開關的驅動信號波形，其特點為每一時刻只有一個功率開關管處于關斷狀態(tài)。圖4b為阻感性負載時三相相電流波形，可見解結耦SPWM能實現(xiàn)HFLMI正弦輸出功能，且阻感性負載時電流正弦度較好，THD值較低。

5 結論
三相高頻鏈矩陣式逆變器無中間直流儲能環(huán)節(jié)，具有高頻電氣隔離，可升降壓，雙向功率傳輸和功率密度高的特點。此處研究了一種新型解結耦正弦脈寬調制控制策略，設計了結耦邏輯，詳細分析了高頻鏈式逆變器帶阻感性負載時電路系統(tǒng)的工作模態(tài)。由阻感性負載情況下實驗結果可見，所提解結耦正弦脈寬調制方案是可行有效的，能達到對逆變器正弦化輸出控制的預期。