[发明专利]一种高频率六电平变换器及其拓扑电路与调制方法

说明书

本公开提出了一种高频率六电平变换器及其拓扑电路与调制方法，将半桥拓扑和H桥拓扑结合，提出的混合型半桥H桥六电平变换器，相较于传统变换器，本公开只采用了数量较少的开关器件，本公开电路中的电流经过的开关器件少，通态损耗小，故整体发热小，便于设计更小的散热器，降低成本，降低重量和体积，同时也提升了效率这些优点使得本公开的六电平变换器成本较低，效率较高，更适合中压应用。同时采用直接误差输入方式控制电容电压，简洁可靠易于实现，使得变换器的控制系统更快更稳定。

技术领域

本公开涉及电力电子变换相关技术领域，具体的说，是涉及一种高频率六电平变换器及其拓扑电路与调制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

与两电平、三电平变换器相比，多电平变换器的综合性能得到了提高，在可再生能源转换、电机驱动、无功补偿、交通运输等工业应用领域得到了越来越多的关注。多电平转换器能够显著降低AC输出的总谐波失真(Total Harmonic Distortion，THD)，降低开关损耗，降低开关管电压应力(dv/dt)，增加变换器的输入电压范围，减少整体体积和输出滤波器的体积，从而降低成本。

发明人发现，传统五电平和七电平拓扑变换器，按照主电路的拓扑结构分包括飞跨电容(Flying capacitor，FC)变换器、中点钳位(neutral point clamped，NPC)变换器和级联(Cascaded H-bridge，CHB)变换器等变换器，飞跨电容型变换器飞跨电容数量多，电容电压难以控制；中点钳位型变换器结构复杂；级联型变换器需要多个独立的直流电源，上述这些变换器具有电平变换器开关器件多、整体复杂等缺点。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种高频率六电平变换器及其拓扑电路与调制方法，将半桥拓扑和H桥拓扑结合，提出了混合型半桥H桥(Hybrid Half BridgeH-Bridge，HBHB)六电平变换器(以下简称HBHB)，相较于传统变换器，具有开关管数量少，不需要钳位二极管，承受耐压相对较低等优点，这些优点使得本公开的六电平变换器成本较低，效率较高，更适合中压应用。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了一种六电平变换器的拓扑电路，包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括一个半桥电路和一个H桥电路，半桥电路包括连个两个串联的开关管，半桥电路中点连接后级H桥电路，后级H桥电路包括四个首尾串联的开关管，H桥电路上下中点分别连接飞跨电容，H桥左右中点一侧连接前级半桥，H桥左右中点另一侧为输出端，上下中点及上下中点中的任意相邻的两点之间设置一个开关管。

一个或多个实施例提供了一种高频率六电平变换器，将上述的一种六电平变换器的拓扑电路作为变换器的主电路，并联的三相桥臂分别连接直流电压源，各个开关管均由控制电路驱动；每一相上设置的六电平变换器的拓扑电路的输出端经滤波器与负载相连或直接并入电网。

基于上述的一种高频率六电平变换器的调制方法，用于控制六电平变换器的拓扑电路中的飞跨电容电压，包括如下步骤：

通过层叠载波的方式，建立五层三角载波作为与三相调制波对比的基准值；

将变换器的输出电流及电压的检测值与给定值比较得到误差，根据误差生成初始三相调制波；

采集变换器的主电路中飞跨电容的电压，并计算与飞跨电容电压给定值的误差，获得电容补偿值，将电容的补偿值将电容补偿值叠加至初始调制波上，获得最终的三相调制波；

采用层叠载波方法将最终三相调制波与五层三角载波相比较，获得每层三角载波的的驱动脉冲控制变换器的开关状态，使不同电平的作用时间改变，从而控制飞跨电容电压。