[发明专利]新型开关磁阻电机多电平变换器拓扑及其控制方法

权利要求书

1.一种用于驱动开关磁阻电机的有源中性点箝位多电平变换器拓扑结构及拓扑调制控制方 法,该结构的每个桥臂可以看成是由不对称有源中性点箝位三电平变换器桥臂与不对称飞 跨电容胞级联而成的多电平拓扑(故名有源中性点箝位多电平变换器)。

2.根据权利要求 1 所述的用于驱动开关磁阻电机的有源中性点箝位多电平变换器拓扑结构 及拓扑调制控制方法,其特征在于： 称相桥臂可产生的最大电平数为该拓扑的电平数，不 对称有源中性点箝位三电平变换器的每个桥臂可产生三个电平，与之级联的不对称飞跨 电容胞可以产生 M 电平，故该结构的 N 电平拓扑共可以产生 M+3 个电平，即有N=M+3 成立。

3.根据权利要求 1 所述的用于驱动开关磁阻电机的有源中性点箝位多电平变换器拓扑结构 及拓扑调制控制方法， 其特征在于： 由于单级不对称飞跨电容胞可产生两个电平，需要 一个开关管和一个二极管以及一个飞跨电容，故 M 电平的飞跨电容胞共需 M/2个单级不 对称飞跨电容胞级联，从而共需 M/2 个开关管和 M/2 个二级管以及 M/2 个飞跨电容。

4.分 别位于左右桥臂最外侧的不对称有源中性点箝位桥臂各需要三个开关管和三个二极管， 而这两个桥臂共用直流侧的两个电容。

5.从而 N 电平有源中性点箝位多电平变换器拓扑共 需 2*(M/2+3）个开关管，也即 N+3 个开关管，共需 N+3 个二极管以及 M/2+M/2+2=M+2 个电容，也即 N-1 个电容.例如五电平有源中性点箝位变换器共需 8 个开关管， 8 个二极 管和 4 个电容。

6.根据权利要求 1 所述的用于驱动开关磁阻电机的有源中性点箝位多电平变换器拓扑结构 及拓扑调制控制方法， 其特征在于： N 电平拓扑中，单级不对称飞跨电容胞中的开关器 件所承受的电压应力为四分之一的直流侧电源电压即 (N-1)*Vdc/4(设电源电压为 (N-1)*Vdc)，而分别位于左右桥臂最外侧的不对称有源中性点箝位桥臂上的器件承受二分 之一的直流侧电源电压即(N-1)*Vdc/2(设电源电压为(N-1)*Vdc)。

7.根据权利要求 1 所述的用于驱动开关磁阻电机的有源中性点箝位多电平变换器拓扑结构 及拓扑调制控制方法， 其特征在于： 若要求所有器件的电压应力相同，则分别位于左右 桥臂最外侧的不对称有源中性点箝位桥臂上的器件需要(N-1)/2 个相同器件进行串联。

8.根据权利要求 1 所述的用于驱动开关磁阻电机的有源中性点箝位多电平变换器拓扑结构 及拓扑调制控制方法，其特征在于：本发明的多电平拓扑具有不对称有源中性点箝位三 电平拓扑在阶梯波调制时，器件在基频工作，开关损耗小，效率高的优点，同时不对称飞跨电容胞的加入又避免了随着电平数增多需要大量箝位二极管和桥臂内外侧器件导通时间不同造成的负荷不一致的问题，此外，不对称飞跨电容胞的加入使得该拓扑具有了 不对称飞跨电容多电平变换器有大量开关状态冗余，可用于电压平衡的控制的优点，为开关磁阻电机的驱动提供了多电平拓扑方案。

9.根据权利要求 1 所述的用于驱动开关磁阻电机的有源中性点箝位多电平变换器拓扑结构 及拓扑调制控制方法， 所实施的拓扑的第一种控制方法，其特征在于：该方法采用左右 桥臂独立分析的方法，充分利用总调制占空比信号与各桥臂调制占空比信号的数学关系， 将总调制占空比信号合理分配到左右桥臂上，再利用三角载波在相位上的控制自由度， 采用载波移相脉宽调制方式产生所需目标电压的占空比(对每个桥臂而言， 位于最外侧的 三电平中性点箝位桥臂处于基频调制状态，所级联的不对称飞跨电容胞各载波依次移相 1/(N-3)个载波周期)，与开关磁阻电机的换向逻辑输出和限流逻辑输出进行与逻辑运算， 最终产生三相各自的开关信号驱动本拓扑的开关工作。