非對稱H橋五電平逆變器及其通用調制策略

　　圖2的通用非對稱h橋的右半橋工作在基頻方波調制時，其驅動信號與調制波的過零點同步。根據調制波所在正負區域的位置及左半橋hbx輸出電壓電平對應的開關狀態，確定出基波周期內載波的分布狀態。而3種類型的“半橋”中功率開關呈互補對，因此載波數量即為左半橋hbx的功率開關互補對數量，也就是直流電源的標么系數m。圖3為非對稱h橋拓撲的通用調制策略，載波cm、cm’根據輸出電壓電平對應的開關狀態進行有序層疊分布。而正負區域內，載波層疊的位置需根據輸出電平對應的開關狀態決定，調制波vref與其所在的載波ci層進行分層、分區pwm調制，得到對應功率開關si互補對的pwm驅動信號，使得非對稱h橋的uo輸出與載波ci對應的pwm電平層。而在此時間區域內，其它功率開關均處于導通/關斷狀態。

　　3.2 非對稱h橋五電平逆變器的通用調制策略

　　由圖1的非對稱h橋五電平逆變器的工作機理可得，非對稱h橋的右半橋的功率開關均工作于基頻，左半橋功率開關驅動信號為pwm互補對，例如圖1（a）中功率開關s1、s5（或s2、s5）互補；圖1（b） 功率開關s1、s3互補且s2、s4互補；圖1（c）功率開關s1、s4互補且s2、s3互補。由圖3的非對稱h橋通用調制原理可得非對稱h橋五電平逆變器通用調制原理如圖4所示。非對稱h橋五電平逆變器在調制波的正半周期內，需要2路垂直分布的載波c1、c2，調制波與這兩路載波進行spwm調制，分別對應得到非互補功率開關s1、s2的驅動信號，使得五電平逆變器輸出對應于載波c1、c2的兩個pwm電平層1、2。右半橋s5的驅動信號由調制波的過零點決定。在調制波的負半周期內，載波交錯分布到調制波的負區域，完成負半周期的spwm調制，輸出pwm電平層1’、2’。

4 實驗結果

　　為了驗證非對稱h橋五電平逆變器的通用調制策略，本文以單相電容箝位型五電平非對稱h橋拓撲為實驗平臺，進行實驗驗證。直流母線電壓e=20v，載波頻率fc=2khz，調制波頻率fm=50hz，調制度ma=0.95，rl負載，r=100ω，l=63ml。

　　圖5為功率開關s1、s5驅動信號實驗波形，功率開關s1~s4均工作于高頻pwm狀態，功率開關s5、s6工作于基頻狀態。圖6為逆變器輸出電壓與箝位電容電壓實驗波形，uo為逆變器輸出的五電平電壓，uo為逆變器箝位電容電壓，由于正、負半周期地對箝位電容進行充、放電，使得電容電壓存在較小的波動，但通用調制策略使得箝位電容電壓達到了較好的平衡。圖7為逆變器輸出電壓與負載電流實驗波形，il為負載電流（電阻r兩端電壓），rl負載使得負載電流具有較好的正弦度。

5 結束語

　　本文對三種非對稱h橋五電平逆變器進行了分析，在此基礎上提出一種對非對稱h橋通用的調制策略，適用于三種非對稱h橋五電平逆變器。最后，通過單相電容箝位型五電平逆變器實驗平臺，驗證了所提方法的正確性與有效性。