[发明专利]一种多电平功率放大系统及其PWM控制信号产生方法

说明书

本发明公开了一种多电平功率放大系统及其PWM控制信号产生方法，属于电力电子、无线通讯技术领域，包括主控机箱、功率模块和级联变压器；主控机箱用于根据外部通讯设备传递的控制信号进行多电平调制，产生各功率单元对应的PWM控制信号；主控机箱还用于监控功率模块的Fault信号和电压电流信号是否正常，并向Fault信号和电压电流信号正常的功率单元发送对应的PWM控制信号；功率模块用于测量Fault信号和电压电流信号；接收到PWM控制信号的功率单元还用于产生对应的交流方波；级联变压器用于将交流电压方波串联后输出。本发明解决了传统迭代方法在求解电平数较多的消谐方程时，迭代速度慢或者不收敛的问题。

技术领域

本发明属于电力电子、无线通讯技术领域，更具体地，涉及一种多电平功率放大系统及其PWM控制信号产生方法。

背景技术

传统的采用箝位式拓扑的多电平逆变器结构，一般分为二极管箝位式多电平逆变器、飞跨电容箝位式多电平逆变器和混合箝位式多电平逆变器。箝位式的多电平逆变器拓扑在高压大功率场合都存在局限性，由于各级电平电压均由电容箝位直流电源获得，所以叠加后的输出电压最大幅值只能等于直流侧电压大小，需要使用的箝位二极管或者箝位电容的数量较大，在硬件成本上升的同时还引入了系统控制复杂、优化维修困难的问题。特别是在功率放大器这一应用场合下，提出的高电压、多电平的需求，往往使得拓扑不能很好的完成设计要求。

对于多电平逆变器的控制方法，主要有SPWM(Sinusoidal Pulse WidthModulation正弦脉宽调制)、SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation空间矢量脉宽调制)和SHEPWM(Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation特定次谐波消除脉宽调制)等调制方法。采用SHEPWM(特定次谐波消除脉宽调制)可以实现对输出波形中特定次数谐波的消除，达到优化输出波形的效果。SHEPWM技术应用于阶梯波多电平变换器调制的关键在于求解关于开关角度的非线性方程组(即消谐方程组)，然而随着变换器电平数量的增加，所需求解的变元个数以及方程组的次数都会随之增加，因而给方程组的求解带来了困难。

对于SHEPWM技术所需求解的消谐方程组，目前多采用数值算法或智能算法进行求解。这两类方法都需要给定初值，如初值选取不合适迭代过程将会发散，然而至今尚没有关于初值选取的一般方法。对于N＞9的情况，传统的牛顿迭代法变得不再收敛(或者说收敛过于依赖初值的选取)；同伦算法的迭代次数会很多，为消谐方程组的求解带来了巨大的计算量。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种多电平功率放大系统及其PWM控制信号产生方法，旨在解决传统迭代方法在求解消谐方程时迭代速度慢且不收敛的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种多电平功率放大系统，包括：主控机箱、功率模块和级联变压器；

主控机箱的一端与外部通讯设备连接；主控机箱的另一端与功率模块的一端双向连接；级联变压器的一端与功率模块的另一端连接；

主控机箱用于根据外部通讯设备传递的控制信号进行多电平调制，产生功率模块各功率单元对应的PWM控制信号；主控机箱还用于监控功率模块中各功率单元的Fault信号和电压电流信号是否正常，并向Fault信号和电压电流信号正常的功率单元发送对应的PWM控制信号；

其中，多电平调制为基于“面积等效原则”的迭代初值选择方法和基于“内点法”的优化迭代方法的多电平调制；

功率模块用于测量各功率单元的Fault信号和电压电流信号，并将其上报至主控机箱；接收到PWM控制信号的功率单元还用于产生对应的交流电压方波，并将其向级联变压器输出；

级联变压器用于将从功率模块传递的交流电压方波串联后输出。