[发明专利]具有旋转的级联 H 桥逆变器电平移位脉宽调制

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请是于2012年4月27日提交的命名为CASCADED H-BRIDGE(CHB)INVERTER LEVEL SHIFT PWM WITH ROTATION(具有旋转的级联H桥逆变器电平移位脉宽调制)的美国专利申请号No.13/458,104的部分继续申请，并且要求其优先权和权益，该申请的全部内容通过引用以其全部内容合并到本文中。 

背景技术

电动机驱动器和其它电力转换系统通常接收交流输入电力，并且将其转换成内部直流用于随后将其转换成用于驱动电动机或其它负载的交流输出电力。多电平逆变器有时用于电动机驱动器中以生成高电压驱动信号并且向高电力应用中的电动机提供高电压驱动信号。一种形式的多电平逆变器是级联H桥(CHB)逆变器架构，其利用多个串联连接的H桥逆变器用于驱动每个电动机绕组相。每个H桥由不同的直流源供电，并且由开关信号驱动以生成正或负输出电压，多个H桥级的串联组合提供用于驱动负载的多电平逆变器输出能力。各种调制技术可以用于生成CHB开关信号，如相移脉宽调制(PS PWM)和电平移位脉宽调制(LS PWM)。在任何电力转换系统中，减少总谐波失真(THD)是重要的设计目标。因此，电平移位PWM通常用于在用于电动机驱动应用的多电平电压源中压逆变器中生成CHB开关信号，因为这提供比相移PWM较好的输出线电压THD，并且不生成与PS PWM相关联的某些另外的dv/dt问题。然而，由于不均匀的电力分配，对于高电力转换器LS PWM具有某些缺点，并且该技术可以导致增加的输入电流谐波。具体地，各个输入整流器不均匀地被载荷，尤其在装置开关频率不等于载波频率且对于所有开关不相同的较低的输出调制指数处。因此，仍然需要改进的基于载波的脉宽调制技术和多电平逆变器用于驱动电动机和其它负载。 

发明内容

现在对本公开内容的各个方面进行概述以便于基本理解本公开内容，其中该概述不是本公开内容的广泛的概述，不意在识别本公开内容的一些元件，也不描绘其范围。相反，该概述的基本目的是在下文给出的更详细的描述之前以简化的形式给出本公开内容的各种概念。 

给出了用于生成逆变器级开关控制信号的级联H桥逆变器和基于载波的电平移位脉宽调制技术，通过易于实现载波旋转来便于均匀的电力分布和串联连接的蓄电池中的良好平衡，连同甚至对于低的调制指数操作的有利的输出电压和电流总谐波分布(THD)和良好的输入电流THD，使用互补的载波或互补参考调制技术选择性地移位载波波形电平以控制THD以及缓解多电平逆变器元件内的电力分配不平衡。可以在电动机驱动器或其它形式的电力转换系统的单相或多相多电平逆变器中有利地利用本公开内容的各种概念。公开了用于控制CHB或具有串联连接的逆变器级的其它多电平逆变器的电平移位PWM开关方法，可以与i电平逆变器相关联地利用该方法，其中，“i”大于7，其中根据重复的电平移位模式选择性地调整或移位载波电平。 

阐述了包括锯齿载波模式以及三角模式的示例性电平移位模式。可以使用任何载波形状和载波频率(周期)进行脉宽调制载波的电平移位，可以使用任意整数的电平增加用于移位的各种实现，并且可以在暂停或不暂停的情况下每载波周期或每个整数个载波周期进行移位。 

根据本公开内容的一个或更多个方面，提供了包括多电平逆变器和控制器的电力转换系统。在一些实施方式中，提供了单相电源，但对于每个输出相提供多电平逆变器的多相电源实施方式也是可以的。多电平逆变器包括整数N个逆变器级，其中N大于3，具有开关装置的每个级能够操作用于根据相应的控制信号生成至少两个离散的电平中的一个电平的级输出电压，并且多个级的输出以串联连接的方式级联。在一些实施方式中，逆变器级是具有耦接在相应的直流源与级输出端之间的四个开关的H桥电路。控制器使用例如生成电压波形信号的模拟电路系统或创建数字波形值的数字处理器生成N个载波波形，每个载波波形处于一对互补参考信号或值的预期范围内的多个非交叠的幅度电平中的不同的幅度电平。此外，载波波形组包括每个逆变器级的单个载波波形，载波波形具有基本上相等的周期。另外，控制器根据重复的电平移位模式每整数M个波形周期移位载波波形信号或值中的至少两个的幅度电平，其中M大于0。