CN112532091A - 一种单相逆变器三电平与五电平混合调制方法 - Google Patents

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Abstract

一种单相逆变器三电平与五电平混合调制方法，该方法使用包括直流电源，场效应管、电感器、电容器、电阻器的逆变电路，逆变电路为减小共模电压，将交流侧中点与直流侧中点N相连接；该方法将三电平与五电平调制方法混合使用，当调制比高于0.2时使用三电平调制方法，当调制比低于0.2时使用五电平调制方法，具有如下显著优点：输出电压范围2~115V；输出频率范围47~10000Hz；通过三电平调制和五电平调制方法的混合使用，THD可达到小于2%的要求；电路结构紧凑，体积小；输出功率高，可达到6VA。

Description

一种单相逆变器三电平与五电平混合调制方法
技术领域
本发明涉及单相逆变电源技术领域，特别是一种单相逆变器三电平与五电平混合调制方法。
背景技术
电压频率可调电压频率可调单相T-型逆变器是一种小功率正弦波波信号源，主要用于自整角机、旋转变压器、LVDT传感器、RVDT传感器等传感器测试仪器设备中，提供测试用小功率正弦波参考信号源。该类逆变电源用于在传感器测试过程中提供所需不同电压和频率的正弦波信号，信号功率需求一般不超过6VA。
自整角机和旋转变压器属于轴角测量类传感器，其激磁电源的电压范围是2~115V，电压精度±5%，频率范围是47~10000Hz；LVDT传感器和RVDT传感器属于位移类传感器，其激磁电源的电压范围是2~28V，电压精度±3%，频率范围是360~5000Hz。在该类传感器的测试仪器或设备中，需要设计能够提供以上电压和频率范围的小功率电压频率可调正弦波信号源。
目前该类正弦波信号源电路多采用DA+功放电路+变压器升压的电路设计实现。由于变压器磁芯的工作频段限制，固定参数的变压器无法实现宽电压和宽频率信号的输出，特别是低频信号变压器体积较大，无法适应小型仪器设备安装空间要求。由于轴角和位移测量类传感器的参考信号，电压范围宽，频率范围大，电压的控制精度要求高，需要设计新型电压频率可调范围大的单相逆变电源，以满足该类正弦波信号源的设计指标要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能够满足轴角和位移传感器测试需要，电压频率可调范围大的的单相逆变器三电平与五电平混合调制方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种单相逆变器三电平与五电平混合调制方法，该方法使用带中点箝位的单相T-型逆变电路，单相T-型逆变电路的交流侧中点与直流侧中点N相连接，单相T-型逆变电路的两个输出端点分别为A点和B点，该方法包括三电平调制方法和五电平调制方法；
所述三电平调制方法为：单相T-型逆变电路的两组桥臂分别采用相反的调制波与同一载波进行交接，桥式结构对管同开同关，互补箝位管则取互补式驱动，A、B两点对N点的桥臂电压相位相反、幅值相同，叠加后在负载上输出两倍电压；
所述五电平调制方法为：控制uAN和uBN为幅值相等，相位差相差120°的正弦波，则uAB=uAN-uBN为正弦波，具体为控制uAN和uBN分别为三电平PWM序列，则uAB为五电平PWM序列。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的单相逆变器三电平与五电平混合调制方法，当调制比高于0.2时，使用三电平调制方法，当调制比低于0.2时，使用五电平调制方法。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的单相逆变器三电平与五电平混合调制方法，在单相T-型逆变电路中连接有直流电源，场效应管、电感器、电容器和电阻器，在单相T-型逆变电路交流侧还设置有滤波电路。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的单相逆变器三电平与五电平混合调制方法，所述滤波电路为LC滤波电路。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
（1）本发明采用带中点箝位的单相T-型逆变器，将交流侧中点与直流侧中点N相连接，减小共模电压；逆变器采用调制方法将三电平与五电平调制方法混合使用，当调制比高于0.2是使用三电平调制方法，当调制比低于0.2时使用五电平调制方法；
（2）三电平调制方法计算简单，容易实现，因此当调制比较高时使用；当调制比比较低时，使用三电平调制方法难以满足THD要求，因此，使用五电平调制方法可减小THD；
（3）本发明的产生的输出电压范围宽，可达到2~115V；输出频率范围大，可达到47~10000Hz；通过三电平调制和五电平调制方法的混合使用，THD可达到小于2%的要求；电路结构紧凑，体积小；输出功率高，可达到6VA。
附图说明
图1是本发明的单相T-型逆变器拓扑图；
图2是本发明的三电平调制逻辑图；
图3是本发明的三电平调制驱动波形图；
图4是本发明的三电平调制仿真波形图；
图5是本发明的五电平调制逻辑图；
图6是本发明的五电平调制驱动波形图；
图7是本发明的五电平调制仿真波形图；
图8是本发明的三电平到五电平切换的调制仿真波形图；
图9是本发明的五电平到三电平切换的调制仿真波形图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明附图，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。
参照图1，一种单相逆变器三电平与五电平混合调制方法，采用中点箝位的单相T-型逆变器，由直流电源（Udc），场效应管（SHa，SHb，SZa，SZb，SLa1，SLa2，SLb1，SLb2）、电感器（La，Lb）、电容器、电阻器组成；为减小共模电压，将交流侧中点与直流侧中点N相连接；交流侧滤波器采用LC滤波器；该调制方法将三电平与五电平调制方法混合使用，三电平调制方法计算简单，容易实现，因此当调制比高于0.2时使用；当调制比低于0.2时，使用三电平调制方法难以满足THD要求，因此使用五电平调制方法。图8给出了混合调制方法的仿真波形，仿真中调制方式在五电平调制和三电平调制之间进行切换，详见图8、图9。
参照图2、3、4，图2给出了三电平调制方法的逻辑框图，其中ust为三角载波、ue为正弦调制波；在三电平调制方法中，两组桥臂分别采用相反的调制波与同一载波进行交接，桥式结构对管同开同关，互补箝位管则取互补式驱动，如SHa与SLa2互补，SZb与SLb1互补，而SHa与SZb驱动相同，因此，A、B两点对N点的桥臂电压相位相反、幅值相同，叠加后在负载上可获得两倍电压；图3给出了驱动波形示意图；图4给出了三电平调制的仿真波形，直流侧输入电压Udc=65V，逆变电压幅值为15V，调制比为0.23。
参照图5、6、7，在五电平调制方法中，控制uAN和uBN为幅值相等，相位差相差120°的正弦波，则uAB=uAN-uBN为正弦波；与三电平调制方法不同，五电平调制中各管驱动独立，因此可以控制由于uAN和uBN分别为三电平PWM序列，于是二者之差uAB为一五电平PWM序列；五电平调制方法的逻辑框图如图5所示，其中ust为三角载波，ua和ub为形成A、B两点PWM序列的调制波；图6给出了驱动波形示意图；图7给出了五电平调制的仿真波形，直流侧输入电压Udc=65V，逆变电压幅值为2V，调制比为0.03。
本申请的优点在于：
（1）本发明采用带中点箝位的单相T-型逆变器，将交流侧中点与直流侧中点N相连接，减小共模电压；逆变器采用调制方法将三电平与五电平调制方法混合使用，当调制比高于0.2时使用三电平调制方法，当调制比低于0.2时使用五电平调制方法；
（2）三电平调制方法计算简单，容易实现，因此当调制比较高时使用；当调制比比较低时，使用三电平调制方法难以满足THD要求，因此，使用五电平调制方法可减小THD；
（3）本发明的产生的输出电压范围宽，可达到2~115V；输出频率范围大，可达到47~10000Hz；通过三电平调制和五电平调制方法的混合使用，THD可达到小于2%的要求；电路结构紧凑，体积小；输出功率高，可达到6VA。

Claims (4)

1.一种单相逆变器三电平与五电平混合调制方法，其特征在于：该方法使用带中点箝位的单相T-型逆变电路，单相T-型逆变电路的交流侧中点与直流侧中点N相连接，单相T-型逆变电路的两个输出端点分别为A点和B点，该方法包括三电平调制方法和五电平调制方法；
所述三电平调制方法为：单相T-型逆变电路的两组桥臂分别采用相反的调制波与同一载波进行交接，桥式结构对管同开同关，互补箝位管则取互补式驱动，A、B两点对N点的桥臂电压相位相反、幅值相同，叠加后在负载上输出两倍电压；
所述五电平调制方法为：控制uAN和uBN为幅值相等，相位差相差120°的正弦波，则uAB=uAN-uBN为正弦波，具体为控制uAN和uBN分别为三电平PWM序列，则uAB为五电平PWM序列。
2.根据权利要求1所述的单相逆变器三电平与五电平混合调制方法，其特征在于：当调制比高于0.2时，使用三电平调制方法，当调制比低于0.2时，使用五电平调制方法。
3.根据权利要求1所述的单相逆变器三电平与五电平混合调制方法，其特征在于：在单相T-型逆变电路中连接有直流电源，场效应管、电感器、电容器和电阻器，在单相T-型逆变电路交流侧还设置有滤波电路。
4.根据权利要求3所述的单相逆变器三电平与五电平混合调制方法，其特征在于：所述滤波电路为LC滤波电路。
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