CN104660080B - 一种1字型多电平电路的调制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种1字型多电平电路的调制方法和装置，该方法包括：在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道，并在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间，以实现可靠的自举驱动。

Description

一种1字型多电平电路的调制方法和装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种1字型多电平电路的调制方法和装置。

背景技术

现有的1字形多电平电路大多是采用隔离驱动电路来驱动开关管。相较于隔离驱动电路，自举驱动电路不仅具有结构简单、体积小、效率高且廉价等优点，还可以降低隔离驱动电源的路数，进而降低辅助电源的成本和体积，但受制于1字形多电平电路现有的调制方法，在实际应用时往往会出现自举驱动电荷不足的问题。

以图1所示的采用自举驱动电路的1字型三电平电路为例，其中，开关管Q1、Q2是串联在正母线V+与桥臂中点A之间的高、低压管，开关管Q3、Q4是串联在桥臂中点A与负母线V-之间的高、低压管；V_Hi、V_Li为辅助电源；自举电容C_Hi、C_Li用于存储驱动能量，在同桥臂低压管开通时充电(在实际应用时，该充电回路也可串入一定的限流电阻，图1未示出)，并在同桥臂高压管导通时提供驱动能量。1字型三电平电路现有的调制方法如图2所示：在调制波Vr正半周，Q1的驱动信号Vg1正弦调制、Q2的驱动信号Vg2置高、Q3的驱动信号Vg3与Vg1互补、Q4的驱动信号Vg4置低；在调制波Vr负半周，Vg1置低、Vg4正弦调制、Vg2与Vg4互补、Vg3置高。

此调制方法具有通用性，不论纯有功工况和无功工况均能适用，但是在调制波Vr正半周Q3高频工作Q4常关，自举电容C_Li能量不足而无法驱动Q3，导致系统无法采用自举驱动。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种1字型多电平电路的调制方法和装置，以实现可靠的自举驱动。

一种1字型多电平电路的调制方法，包括：

在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道，并在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间。

其中，当所述1字型多电平电路为1字型三电平电路时，所述在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道，并在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间，包括：

在调制波的正半周：Vg1正弦调制；Vg2置高；Vg3在0＜Vr≤V_RQ处与Vg1互补、在Vr＞V_RQ处置低；Vg4在Vr＞V_RQ的全部或部分区间内与Vg1互补，在其余处置低，以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动；

在调制波的负半周：Vg1置低；Vg4正弦调制；Vg2与Vg4互补；Vg3置高；

其中，Vg1～Vg4分别表示开关管Q1～Q4的驱动信号，开关管Q1、Q2是串联在正母线与桥臂中点之间的高、低压管，开关管Q3、Q4是串联在桥臂中点与负母线之间的高、低压管；Vr为调制波的幅值；M为调制比，PF为功率因数。

其中，当所述1字型多电平电路为1字型三电平电路时，所述在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道，并在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间，包括：

在调制波的正半周：Vg1正弦调制；Vg2置高；Vg3在0＜Vr≤V_RQ处与Vg1互补、在Vr＞V_RQ处置低；Vg4在Vr＞V_RQ的全部或部分区间内与Vg1互补，在其余处置低，以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动；

在调制波的负半周：Vg1置低；Vg4正弦调制；Vg2在0＜|Vr|≤V_RQ处与Vg4互补、在|Vr|＞V_RQ处置低；Vg3置高；

其中，Vg1～Vg4分别表示开关管Q1～Q4的驱动信号，开关管Q1、Q2是串联在正母线与桥臂中点之间的高、低压管，开关管Q3、Q4是串联在桥臂中点与负母线之间的高、低压管；Vr为调制波的幅值；M为调制比，PF为功率因数。

其中，所述Vg4在Vr＞V_RQ的全部或部分区间内与Vg1互补，在其余处置低，以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动，包括：

Vg4在Vr＞V_RQ处与Vg1互补，在0＜Vr≤V_RQ处置低。

其中，所述Vg4在Vr＞V_RQ的全部或部分区间内与Vg1互补，在其余处置低，以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动，包括：

Vg4在V_RQ＜Vr≤(V_RQ+V_com)处与Vg1互补，在其余处置低；V_com为足以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动时所对应的最小取值。

其中，当所述1字型多电平电路为1字型双Buck五电平电路时，所述在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道，并在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间，包括：

当|PF|＞PF₀时，在调制波的正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补导通，Q4与Q2互补导通；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3常关，Q4与Q2互补导通；

当|PF|＞PF₀时，在调制波的负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补导通，Q2与Q4互补导通；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补导通，Q2常关；

当|PF|≤PF₀时，在调制波的正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补导通，Q4与Q2互补导通；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3在0.5＜Vr≤V_RQ处与Q1互补导通、在其余处常关，Q4在V_RQ＜Vr≤(V_RQ+V_com)处与Q1互补导通、在其余处与Q2互补导通；

当|PF|≤PF₀时，在调制波的负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补导通，Q2与Q4互补导通；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补导通，Q2在0.5＜|Vr|≤V_RQ处与Q1互补导通、在其余处常关；

其中，开关管Q1、Q2是串联在正母线与桥臂中点之间的高、低压管，开关管Q3、Q4是串联在桥臂中点与负母线之间的高、低压管；Vr为调制波的幅值；M为调制比，PF为功率因数；V_RQ与V_com的取值以足以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动为准来设置。

其中，当所述1字型多电平电路为1字型双Buck五电平电路时，所述在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中开关管的电压应力不超出上限的前提下，断开所述1字型多电平电路仅输出有功功率时仍开通的全部或部分无功通道，并在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，增加低压管的导通时间，包括：

当|PF|＞PF₀时，在调制波的正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补导通，Q4与Q2互补导通；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3常关，Q4在部分区间内与Q1互补导通、在其余区间与Q2互补导通；

当|PF|＞PF₀时，在调制波的负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补导通，Q2与Q4互补导通；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补导通，Q2常关；

当|PF|≤PF₀时，在调制波的正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补导通，Q4与Q2互补导通；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3在0.5＜Vr≤V_RQ处与Q1互补导通、在其余处常关，Q4在V_RQ＜Vr≤V_RQ+V_com处与Q1互补导通、在其余处与Q2互补导通；

当|PF|≤PF₀时，在调制波的负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补导通，Q2与Q4互补导通；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补导通，Q2在0.5＜|Vr|≤V_RQ处与Q1互补导通、在其余处常关；

其中，开关管Q1、Q2是串联在正母线与桥臂中点之间的高、低压管，开关管Q3、Q4是串联在桥臂中点与负母线之间的高、低压管；Vr为调制波的幅值；M为调制比，PF为功率因数；V_RQ与V_com的取值以足以支撑开关管Q4与Q3之间完成实现自举驱动为准来设置。

一种1字型多电平电路的调制装置，包括：

第一控制单元，用于在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道；

第二控制单元，用于在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间。

其中，所述第一控制单元为在不影响调制结果以及保证1字型三电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型三电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道的单元；

所述第二控制单元为在不影响调制结果以及保证1字型三电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，在所述1字型三电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间的单元。

其中，所述第一控制单元为在不影响调制结果以及保证1字型双Buck五电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型双Buck五电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道的单元；

所述第二控制单元为在不影响调制结果以及保证1字型双Buck五电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，在所述1字型双Buck五电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间的单元。

从上述的技术方案可以看出，本发明结合1字型多电平电路的调制特性，在不影响调制结果且开关管电压应力不超出上限的前提下改进其现有采用的调制波形，如：通过关闭空闲的全部或部分无功通道，减少1字型多电平电路的开关动作次数和导通时间，降低高压管和/或低压管的驱动损耗和开关损耗；同时，本发明在自举驱动电荷低于预设标准时，通过增加低压管的导通时间使自举电容获得更多的充电时间，又由于断开空闲无功通道可使高压管损耗降低、放电时间减少，因此足以保证自举电容存储足够多的驱动能量，实现可靠的自举驱动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术公开的一种1字型三电平电路结构示意图；

图2为现有技术公开的一种1字型三电平电路的调制方法示意图；

图3为本发明实施例公开的一种1字型三电平电路调制方法示意图；

图4为本发明实施例公开的又一种1字型三电平电路调制方法示意图；

图5为现有技术公开的一种1字型三电平电路的输出电压电流和调制波构成的曲线图；

图6为本发明实施例公开的又一种1字型三电平电路调制方法示意图；

图7为本发明实施例公开的又一种1字型三电平电路调制方法示意图；

图8为现有技术公开的一种1字型双Buck五电平电路结构示意图；

图9为现有技术公开的一种1字型双Buck五电平电路调制方法示意图；

图10a为本发明实施例公开的第一种1字型双Buck五电平电路在|PF|＞PF₀时的调制方法示意图；

图10b为本发明实施例公开的第一种1字型双Buck五电平电路在|PF|≤PF₀时的调制方法示意图；

图11为现有技术公开的一种1字型双Buck五电平电路的输出电压电流和调制波构成的曲线图；

图12为本发明实施例公开的又一种1字型双Buck五电平电路在|PF|＞PF₀时的调制方法示意图；

图13为本发明实施例公开的一种1字型多电平电路调制装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种1字型多电平电路的调制方法，以实现可靠的自举驱动，包括：在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道，并在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间。

其中，在图1所示的采用自举驱动电路的1字型三电平电路中，所述低压管即为开关管Q2和Q4。

本实施例分析1字型多电平电路的调制特性，在不影响调制结果且开关管电压应力不超出上限的前提下改进其现有采用的调制波形，如：通过关闭空闲的全部或部分无功通道，减少1字型多电平电路的开关动作次数和导通时间，降低高压管和/或低压管的驱动损耗和开关损耗；同时，本实施例在自举驱动电荷低于预设标准时，通过增加低压管的导通时间使自举电容获得更多的充电时间，又由于断开空闲无功通道可使高压管损耗降低、放电时间减少，因此足以保证自举电容存储足够多的驱动能量，实现可靠的自举驱动。

其中，在对调制波形要求不高的场合，所述自举驱动电荷低于预设标准是指，调制过程中，自举驱动电荷略有不足，致使波形畸变但波形失真度仍在可接受范围内；在对调制波形要求严格的场合，所述自举驱动电荷低于预设标准是指，自举驱动电荷严重不足致使波形失真度太大。

下面，分别以采用自举驱动电路的1字型三电平电路和1字型双Buck五电平电路为例，对上述调制方法进行详述。

1、针对图1所示的采用自举驱动电路的1字型三电平电路，本实施例将上述调制方法细化为以下两种1字型三电平电路调制方法：

1)第一种1字型三电平电路调制方法，具体包括：

在1字型三电平电路的调制波的正半周：Vg1正弦调制；Vg2置低；Vg3在0＜Vr≤V_RQ处与Vg1互补、在Vr＞V_RQ处置低；Vg4在Vr＞V_RQ的全部或部分区间内与Vg1互补，在其余处置低，以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动；

其中，所述Vg4在Vr＞V_RQ的全部或部分区间内与Vg1互补，在其余处置低，以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动，可以是：Vg4在Vr＞V_RQ处与Vg1互补，在0＜Vr≤V_RQ处置低(如图3所示)，此时Vg4在Vr＞V_RQ的全部区间内与Vg1互补；也可以是：Vg4在V_RQ＜Vr≤(V_RQ+V_com)处与Vg1互补，在其余处置低，V_com为足以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动时所对应的最小取值(如图4所示)，图4仅是Vg4在Vr＞V_RQ的部分区间内与Vg1互补的其中一个示例，并不局限；

在1字型三电平电路的调制波的负半周：Vg1置低；Vg4正弦调制；Vg2与Vg4互补；Vg3置高；

其中，Vg1～Vg4分别表示开关管Q1～Q4的驱动信号；Vr为调制波的幅值；M为调制比，PF为功率因数。

本调制方法基于图2所示的调制方法进行改进，使Vg3在Vr＞V_RQ处置低，使Vg4在Vr＞V_RQ处与Vg1互补，其优越性体现在以下四点：

①首先，保证改进后的调制方法不会影响到调制结果，分析如下：Vg1在0～180°范围内的调制波形决定了调制波正半周的调制结果，Vg4在180°～360°范围内的调制波形决定了调制波负半周的调制结果，由于Vg1在0～180°范围内的调制波形以及Vg4在180°～360°范围内的调制波形均不做改变，因此改进后的调制方法不会影响调制结果。

②其次，保证改进后的调制方法满足开关管电压应力不超出上限，分析如下：每时每刻各桥臂最多有半数的开关管同时导通，每个开关管所承受电压差不会超过母线电压的一半，与原调制方法下每个开关管电压应力的上限一致。

③1字型三电平电路输出电压电流和调制波构成的曲线如图5所示，其中Vr、V₀、I₀分别表示调制波、输出电压、输出电流；相位角θ＝θ₀时，假设Vr＝V_RQ，此时1字型三电平电路满足通过计算得到

在0～θ₀范围内，桥臂输出电压V₀为正，桥臂输出电流I₀为负，桥臂输出包含无功电流；在θ₀～180°范围内，桥臂输出电压V₀为正，桥臂输出电流I₀为正，桥臂输出仅为有功电流。由此可见，θ₀～180°范围内的无功通道为空闲通道，断开这段空闲通道，即可减少Q3的开关动作次数和导通时间，降低Q3的驱动损耗和开关损耗。其中，考虑到兼容感性和容性无功的要求，需要保证Vg3的对称性，因此本实施例仅断开θ₀～(180°-θ₀)范围内的这段空闲通道，即：使Vg3在Vr＞V_RQ处置低。

④自举电容C_Li在Q4导通时充电、在Q3导通时放电，在调制波的正半周，本实施例通过使Vg4在Vr＞V_RQ的全部或部分区间内与Vg1互补，增加了自举电容C_Li的充电时间，且“使Vg3在Vr＞V_RQ处置低”的操作也降低了Q3的开关动作次数和导通时间，这足以使C_Li在Q3导通前充满，不会出现Q3在180°-θ₀点导通后自举驱动电荷不足的问题。

自举电容的充电曲线是条指数曲线，充电时间越长越趋向于充满，当充电量刚好达到满足自举驱动条件时即可停止充电。相较于图3所示的调制方法，图4所示的调制方法仅使Q4在θ₀～180°范围内的t1和t2区间(对应V_RQ＜Vr≤(V_RQ+V_com)这一区间范围)内导通，这段充电时长足以保证Q3获得足够的储能，而且可以最大限度减小Q4的损耗。当然，在保证开关管Q4与Q3之间完成自举驱动的情况下，也可以使Q4在θ₀～180°范围内的一段连续区间内导通，该连续区间可选取Q3临导通前的一段区间。

2)第二种1字型三电平电路调制方法，具体包括：

在1字型三电平电路的调制波的正半周：Vg1正弦调制；Vg2置低；Vg3在0＜Vr≤V_RQ处与Vg1互补、在Vr＞V_RQ处置低；Vg4在Vr＞V_RQ的全部或部分区间内与Vg1互补，在其余处置低，以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动；

在1字型三电平电路的调制波的负半周：Vg1置低；Vg4正弦调制；Vg2在0＜|Vr|≤V_RQ处与Vg4互补、在|Vr|＞V_RQ处置低；Vg3置高；

其中，Vg1～Vg4分别表示开关管Q1～Q4的驱动信号；Vr为调制波的幅值；M为调制比，PF为功率因数。

相较于第一种调制方法，本调制方法在调制波的负半周，使Vg2在Vr＞V_RQ处置低，本调制方法基于图3做出的改进如图6所示，基于图4做出的改进如图7所示。由于在Vr＞V_RQ处桥臂输出仅为有功信号，因此关闭这段空闲通道可降低Q2的开关动作次数和导通时间，从而进一步整个降低1字型多电平电路的驱动损耗和开关损耗。

最后需要说明的是，三电平桥臂的钳位方式除采用二极管钳位式，还可采用飞跨电容式或者混合钳位式，上述提及的1字型三电平电路，并不局限于其采用哪一种钳位方式。

2、针对图8所示的采用自举驱动电路的1字型双Buck五电平电路(其中，开关管Q1、Q2是串联在正母线V+与桥臂中点A之间的高、低压管，开关管Q3、Q4是串联在桥臂中点A与负母线V-之间的高、低压管；V_Hi、V_Li为辅助电源；自举电容C_Hi、C_Li用于存储驱动能量，在同桥臂低压管开通时充电，并在同桥臂高压管导通时提供驱动能量)，现有的1字型双Buck五电平电路调制方法如图9所示，具体包括：

在调制波Vr正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补且Q4与Q2互补；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3与Q1互补且Q4与Q2互补；

在调制波Vr负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补且Q2与Q4互补；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补且Q2与Q4互补。

可见，Q2给Q1自举电容充电的过程始终不存在问题，但Q4给Q3自举电容充电则存在问题，+2电平期间Q4不导通，不足以提供支撑Q3高频工作的驱动电荷，导致无法使用自举驱动。

为解决上述问题，本实施例将前述公开的1字型多电平电路的调制方法细化为以下两种1字型双Buck五电平电路调制方法：

1)如图10a～10b所示，第一种1字型三电平电路调制方法，具体包括：

参见图10a，当|PF|＞PF₀时，在调制波的正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补导通，Q4与Q2互补导通；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3常关，Q4与Q2互补导通；

当|PF|＞PF₀时，在调制波的负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补导通，Q2与Q4互补导通；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补导通，Q2常关；

参见图10b，当|PF|≤PF₀时，在调制波的正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补导通，Q4与Q2互补导通；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3在0.5＜Vr≤V_RQ处与Q1互补导通、在其余处常关，Q4在V_RQ＜Vr≤(V_RQ+V_com)处与Q1互补导通(对应图10b中t1和t2区间)、在其余处与Q2互补导通；

当|PF|≤PF₀时，在调制波的负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补导通，Q2与Q4互补导通；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补导通，Q2在0.5＜|Vr|≤V_RQ处与Q1互补导通、在其余处常关。

1字型双Buck五电平电路的输出电压电流和调制波构成的曲线如图11所示，相位角θ＝θ₀时，1字型双Buck五电平电路满足此时

当PF满足|PF|＞PF₀时，仅需开启+1电平期间的无功通道，而无需开启+2电平期间的无功通道，进而得到如图10a所示的调制方法示意图；当|PF|≤PF₀时，需要同时开启+1电平和+2电平期间的无功通道，得到如图10b所示的调制方法示意图。图10a相较于图9省去了Q3在+2电平期间的损耗以及Q2在-2电平期间的损耗，并且，+2电平期间内由于Q3不导通，因此Q4的导通时间足以使自举电容达到要求的充电时间。图10b相较于图10a增加了无功通道输出能力。

最后，本调制方法不会影响到调制结果，且满足开关管电压应力不超出上限，其分析可参见1字型三电平电路部分。

2)第二种1字型双Buck五电平电路调制方法，具体包括(|PF|＞PF₀时对应的调制方法如图12所示，|PF|≤PF₀时对应的调制方法与图10b一致，图10b同时为本实施例公开的两种1字型双Buck五电平电路在|PF|≤PF₀时的调制方法)：

当|PF|＞PF₀时，在调制波的正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补导通，Q4与Q2互补导通；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3常关，Q4在部分区间内(可参见图12中的t3和t4区间)与Q1互补导通、在其余区间与Q2互补导通；

当|PF|＞PF₀时，在调制波的负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补导通，Q2与Q4互补导通；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补导通，Q2常关；

当|PF|≤PF₀时，在调制波的正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补导通，Q4与Q2互补导通；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3在0.5＜Vr≤V_RQ处与Q1互补导通、在其余处常关，Q4在V_RQ＜Vr≤V_RQ+V_com处与Q1互补导通、在其余处与Q2互补导通；

当|PF|≤PF₀时，在调制波的负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补导通，Q2与Q4互补导通；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补导通，Q2在0.5＜|Vr|≤V_RQ处与Q1互补导通、在其余处常关；

其中，Vr为调制波的幅值；M为调制比，PF为功率因数；V_RQ与V_com的取值以足以支撑开关管实现自举驱动为准来设置。

本调制方法在+2电平期间使Q4在部分区间内与Q1互补导通。由于PF₀越小，无功功率所占的比例越大，在图10a所示的调制方法下，Q3从+2电平进入+1电平时存在驱动电荷不足的风险，尤其是在PF越接近PF₀时，Q3若不能及时导通将无法形成无功回路，进而导致波形畸变，因此本调制方法在图12中增加Q4的导通时间(参见图12中增加的t3和t4区间,当然，在保证开关管Q4与Q3之间完成自举驱动的情况下，也可仅增加t4区间)，来增加自举电容C_Li的充电时间，在保证自举电容C_Li电能充足的前提下，Q4的导通时间越短，Q4损耗越小。

此外，参见图13，本发明实施例还公开了一种1字型多电平电路的调制装置，包括：

第一控制单元131，用于在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道；

第二控制单元132，用于在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间。

其中，第一控制单元131为在不影响调制结果以及保证1字型三电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型三电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道的单元；

第二控制单元132为在不影响调制结果以及保证1字型三电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，在所述1字型三电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间的单元。

或者，第一控制单元131为所述第一控制单元为在不影响调制结果以及保证1字型双Buck五电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型双Buck五电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道的单元；

第二控制单元132为在不影响调制结果以及保证1字型双Buck五电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，在所述1字型双Buck五电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间的单元。

综上所述，本发明结合1字型多电平电路的调制特性，在不影响调制结果且开关管电压应力不超出上限的前提下改进其现有采用的调制波形，如：通过关闭空闲的全部或部分无功通道，减少1字型多电平电路的开关动作次数和导通时间，降低高压管和/或低压管的驱动损耗和开关损耗；同时，本发明在自举驱动电荷低于预设标准时，通过增加低压管的导通时间使自举电容获得更多的充电时间，又由于断开空闲无功通道可使高压管损耗降低、放电时间减少，因此足以保证自举电容存储足够多的驱动能量，实现可靠的自举驱动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种1字型多电平电路的调制方法，其特征在于，包括：

在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道，并在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间。

2.根据权利要求1所述的调制方法，其特征在于，当所述1字型多电平电路为1字型三电平电路时，所述在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道，并在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间，包括：

在调制波的正半周：Vg1正弦调制；Vg2置高；Vg3在0＜Vr≤V_RQ处与Vg1互补、在Vr>V_RQ处置低；Vg4在Vr>V_RQ的全部或部分区间内与Vg1互补，在其余处置低，以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动；

在调制波的负半周：Vg1置低；Vg4正弦调制；Vg2与Vg4互补；Vg3置高；

其中，Vg1～Vg4分别表示开关管Q1～Q4的驱动信号，开关管Q1、Q2是串联在正母线与桥臂中点之间的高、低压管，开关管Q3、Q4是串联在桥臂中点与负母线之间的高、低压管；Vr为调制波的幅值；M为调制比，PF为功率因数。

3.根据权利要求1所述的调制方法，其特征在于，当所述1字型多电平电路为1字型三电平电路时，所述在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道，并在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间，包括：

在调制波的正半周：Vg1正弦调制；Vg2置高；Vg3在0＜Vr≤V_RQ处与Vg1互补、在Vr>V_RQ处置低；Vg4在Vr>V_RQ的全部或部分区间内与Vg1互补，在其余处置低，以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动；

在调制波的负半周：Vg1置低；Vg4正弦调制；Vg2在0＜|Vr|≤V_RQ处与Vg4互补、在|Vr|>V_RQ处置低；Vg3置高；

其中，Vg1～Vg4分别表示开关管Q1～Q4的驱动信号，开关管Q1、Q2是串联在正母线与桥臂中点之间的高、低压管，开关管Q3、Q4是串联在桥臂中点与负母线之间的高、低压管；Vr为调制波的幅值；M为调制比，PF为功率因数。

4.根据权利要求2或3所述的调制方法，其特征在于，所述Vg4在Vr>V_RQ的全部或部分区间内与Vg1互补，在其余处置低，以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动，包括：

Vg4在Vr>V_RQ处与Vg1互补，在0＜Vr≤V_RQ处置低。

5.根据权利要求2或3所述的调制方法，其特征在于，所述Vg4在Vr>V_RQ的全部或部分区间内与Vg1互补，在其余处置低，以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动，包括：

Vg4在V_RQ<Vr≤(V_RQ+V_com)处与Vg1互补，在其余处置低；V_com为足以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动时所对应的最小取值。

6.根据权利要求1所述的调制方法，其特征在于，当所述1字型多电平电路为1字型双Buck五电平电路时，所述在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道，并在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间，包括：

当|PF|>PF₀时，在调制波的正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补导通，Q4与Q2互补导通；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3常关，Q4与Q2互补导通；

当|PF|>PF₀时，在调制波的负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补导通，Q2与Q4互补导通；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补导通，Q2常关；

当|PF|≤PF₀时，在调制波的正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补导通，Q4与Q2互补导通；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3在0.5＜Vr≤V_RQ处与Q1互补导通、在其余处常关，Q4在V_RQ＜Vr≤(V_RQ+V_com)处与Q1互补导通、在其余处与Q2互补导通；

当|PF|≤PF₀时，在调制波的负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补导通，Q2与Q4互补导通；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补导通，Q2在0.5＜|Vr|≤V_RQ处与Q1互补导通、在其余处常关；

其中，开关管Q1、Q2是串联在正母线与桥臂中点之间的高、低压管，开关管Q3、Q4是串联在桥臂中点与负母线之间的高、低压管；Vr为调制波的幅值；M为调制比，PF为功率因数；V_com为足以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动时所对应的最小取值。

7.根据权利要求1所述的调制方法，其特征在于，当所述1字型多电平电路为1字型双Buck五电平电路时，所述在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中开关管的电压应力不超出上限的前提下，断开所述1字型多电平电路仅输出有功功率时仍开通的全部或部分无功通道，并在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，增加低压管的导通时间，包括：

当|PF|>PF₀时，在调制波的正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补导通，Q4与Q2互补导通；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3常关，Q4在部分区间内与Q1互补导通、在其余区间与Q2互补导通；

当|PF|>PF₀时，在调制波的负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补导通，Q2与Q4互补导通；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补导通，Q2常关；

当|PF|≤PF₀时，在调制波的正半周：+1电平期间Q1常关，Q2进行PWM调制，Q3与Q1互补导通，Q4与Q2互补导通；+2电平期间Q1进行PWM调制，Q2常开，Q3在0.5＜Vr≤V_RQ处与Q1互补导通、在其余处常关，Q4在V_RQ＜Vr≤V_RQ+V_com处与Q1互补导通、在其余处与Q2互补导通；

当|PF|≤PF₀时，在调制波的负半周：-1电平期间Q4常关，Q3进行PWM调制，Q1与Q3互补导通，Q2与Q4互补导通；-2电平期间Q4进行PWM调制，Q3常开，Q1与Q3互补导通，Q2在0.5＜|Vr|≤V_RQ处与Q1互补导通、在其余处常关；

其中，开关管Q1、Q2是串联在正母线与桥臂中点之间的高、低压管，开关管Q3、Q4是串联在桥臂中点与负母线之间的高、低压管；Vr为调制波的幅值；M为调制比，PF为功率因数；V_com为足以支撑开关管Q4与Q3之间完成自举驱动时所对应的最小取值。

8.一种1字型多电平电路的调制装置，其特征在于，包括：

第一控制单元，用于在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型多电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道；

第二控制单元，用于在不影响调制结果以及保证1字型多电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，在所述1字型多电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间。

9.根据权利要求8所述的调制装置，其特征在于，所述第一控制单元为在不影响调制结果以及保证1字型三电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型三电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道的单元；

所述第二控制单元为在不影响调制结果以及保证1字型三电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，在所述1字型三电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间的单元。

10.根据权利要求8所述的调制装置，其特征在于，所述第一控制单元为在不影响调制结果以及保证1字型双Buck五电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，关闭所述1字型双Buck五电平电路中处于空闲状态的全部或部分无功通道的单元；

所述第二控制单元为在不影响调制结果以及保证1字型双Buck五电平电路中各开关管电压应力不超限的前提下，在所述1字型双Buck五电平电路的自举驱动电荷低于预设标准时，在预设调制区间内增加低压管的导通时间的单元。