CN114665736B - 脉宽调制方法、脉宽调制装置以及逆变系统 - Google Patents

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Abstract

本申请属于变换器控制技术领域，提供了一种脉宽调制方法、脉宽调制装置以及逆变系统，其中，该脉宽调制方法应用于四桥臂交错逆变器，首先根据四桥臂交错逆变器的应用类型生成至少一组载波，将载波的峰峰值区间依序划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间，采用预设方波对第一区间和第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波，其中，该初始基准波为正弦波，预设方波的频率与四桥臂交错逆变器中的开关管的开关频率相同，然后将每路载波与修正基准波进行比较，并根据比较结果生成对应的四路调制信号发送至四桥臂交错逆变器，从而通过修正基准波的方式调整PS‑PWM产生的三相电输出波形，避免输出波形质量较差的问题。

Description

脉宽调制方法、脉宽调制装置以及逆变系统
技术领域
本申请属于变换器控制技术领域，尤其涉及脉宽调制方法、脉宽调制装置以及逆变系统。
背景技术
随着科技的发展和社会生产的需求，民用设备和小型工业设备对于高能转换的需求越来越高，例如，通过增加转换器电压或者转换器电流实现高能转换，其中，采用增加总线电流来增加能量转换功率的方案因其电压源的电压值不需要过高，因此较容易实现，在很多领域运用十分广泛。
在三相系统中，对于一个拥有N相桥臂交错(N interleaved converter legs)的电压源转换器来说，通过运用PS-PWM(Phase-shifted PWM，相位转换脉宽调制)技术可以产生N+1个电平的相电压(phase voltage)，并且可以产生2N+1个电平的线电压(linevoltage)。
然而，传统的PS-PWM产生的三相电输出波形并不理想，其输出波形的质量受限于多项交错中相邻相的电压的重合，存在输出波形质量无法达到预期效果的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种脉宽调制方法、脉宽调制装置以及逆变系统，旨在解决传统的PS-PWM产生的三相电输出波形不理想的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种脉宽调制方法，应用于四桥臂交错逆变器，所述脉宽调制方法包括：
根据所述四桥臂交错逆变器的应用类型生成至少一组载波，每组载波包括四路相位不同的载波，每一载波对应一个桥臂，其中，所述载波为三角波，四路所述载波的相位角度平均分配至区间(0，360°)内；
将所述载波的峰峰值区间按照从大到小的顺序依序划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间；
采用预设方波对所述第一区间和所述第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波；其中，所述初始基准波为正弦波，所述预设方波的频率与所述四桥臂交错逆变器中的开关管的开关频率相同；
将每路所述载波与所述修正基准波进行比较，并根据比较结果生成对应的四路调制信号发送至所述四桥臂交错逆变器。
在一个实施例中，所述采用预设频率的方波对所述第一区间和所述第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波，包括：
若所述初始基准波位于所述第三区间内，则将占空比固定的预设方波与所述初始基准波叠加处理，得到所述修正基准波。
在一个实施例中，所述采用预设频率的方波对所述第一区间和所述第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波，包括：
若所述初始基准波位于所述第一区间内，则将占空比为
Figure BDA0003556849270000021
的预设方波与所述初始基准波叠加处理，得到所述修正基准波，其中，|Va|表示所述初始基准波在当前时间点的绝对值。
在一个实施例中，所述将所述载波的峰峰值区间依序划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间，包括：
将所述载波的峰峰值区间等比例划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间，其中，所述第一区间为[0.5A,A]，所述第二区间为[0,0.5A]，所述第三区间为[-0.5A,0]，所述第四区间为[-A,-0.5A]，A为所述载波的幅值。
在一个实施例中，所述根据所述四桥臂交错逆变器的应用类型生成至少一组载波，包括：
若所述应用类型为三相电系统，则生成三组载波；
其中，每组所述载波对应一个所述初始基准波，三个所述初始基准波的相位角度分别为(0°，120°，240°)。
在一个实施例中，所述脉宽调制方法还包括：
当初始基准波在所述第二区间或者所述第四区间内时，将所述初始基准波作为所述修正基准波。
在一个实施例中，所述脉宽调制方法还包括：
将所述修正基准波的幅值限制在预设幅值范围内。
本申请实施例的第二方面提供了一种脉宽调制装置，应用于四桥臂交错逆变器，所述脉宽调制装置包括：
载波生成模块，用于根据所述四桥臂交错逆变器的应用类型生成至少一组载波，每组载波包括四路相位不同的载波，其中，四路所述载波的相位角度平均分配至区间(0，360°)内；
幅值划分模块，用于将所述载波的峰峰值区间按照从大到小的顺序依序划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间；
幅值修正模块，用于采用预设方波对所述第一区间和所述第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波；其中，所述初始基准波为正弦波，所述预设方波的频率与所述四桥臂交错逆变器中的开关管的开关频率相同；
调制输出模块，用于将每路所述载波与所述修正基准波进行比较，并根据比较结果生成对应的四路调制信号发送至所述四桥臂交错逆变器。
在一个实施例中，还包括：
饱和模块，用于将所述修正基准波的幅值进行限制在预设幅值范围内。
本申请实施例的第三方面提供了一种逆变系统，所述逆变系统包括：
四桥臂交错逆变器；以及
控制装置，所述控制装置用于执行如上述任一项所述的脉宽调制方法以对所述四桥臂交错逆变器进行控制。
本申请实施例提供了一种脉宽调制方法、脉宽调制装置以及逆变系统，其中，该脉宽调制方法应用于四桥臂交错逆变器，首先根据四桥臂交错逆变器的应用类型生成至少一组载波，将载波的峰峰值区间依序划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间，采用预设方波对第一区间和第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波，其中，该初始基准波为正弦波，预设方波的频率与四桥臂交错逆变器中的开关管的开关频率相同，然后将每路载波与修正基准波进行比较，并根据比较结果生成对应的四路调制信号发送至四桥臂交错逆变器。本申请实施例通过修正基准波的方式调整PS-PWM产生的三相电输出波形，避免输出波形质量较差的问题。
附图说明
图1为本申请的一个实施例提供的脉宽调制方法的流程示意图；
图2为本申请的一个实施例提供的四桥臂交错逆变器的结构示意图；
图3为本申请的一个实施例提供的初始基准波的示意图；
图4为本申请的一个实施例提供的初始基准波与修正基准波的示意图；
图5为本申请的一个实施例提供的脉宽调制方法中的基准波修正步骤的流程示意图；
图6为本申请的一个实施例提供的修正基准波在第一区间的示意图；
图7为本申请的一个实施例提供的修正基准波在第三区间的示意图；
图8为本申请的一个实施例提供的改进发波与传统发波的示意图；
图9为本申请的一个实施例提供的一种脉宽调制装置的结构示意图；
图10为本申请的一个实施例提供的另一脉宽调制装置的结构示意图；
图11、图12、图13为本申请的一个实施例提供的脉宽调制装置的逻辑示意图。
图14为使用传统方法的逆变系统输出的相电压和线电压的波形图；
图15是本申请的一个实施例提供的逆变系统输出的相电压和线电压的波形图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
随着科技的发展和社会生产的需求，民用设备和小型工业设备对于高能转换的需求越来越高，例如，通过增加转换器电压或者转换器电流实现高能转换。其中，采用增加总线电流来增加能量转换功率的方案因其电压源的电压值不需要过高，因此较容易实现，在很多领域运用十分广泛。
在三相系统中，对于一个拥有N相桥臂交错(N interleaved converter legs)的电压源转换器来说，通过运用PS-PWM技术可以产生N+1个电平的相电压(phase voltage)，并且可以产生2N+1个电平的线电压(line voltage)。
然而，传统的PS-PWM产生的三相电输出波形并不理想，其输出波形的质量受限于多项交错中相邻相的电压的重合，存在输出波形质量无法达到预期效果的问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种脉宽调制方法，该脉宽调制方法应用于四桥臂交错逆变器。具体的，参见图1所示，脉宽调制方法包括步骤S10至步骤S40。
在步骤S10中，根据四桥臂交错逆变器的应用类型生成至少一组载波，每组载波包括四路相位不同的载波，每一载波对应一个桥臂。
结合图2中的四桥臂交错逆变器所示，a1、a2、a3、a4分别为四桥臂交错逆变器中每一桥臂中与输出电感连接的信号节点，每一桥臂由两个串联的开关管组成，Vdc为直流电源，Grid表示电网。在本实施例中，载波的数量取决于交错逆变器的桥臂数量，对于四相桥臂交错逆变器，则每一组载波有四路相位不同的载波，每一路载波对应驱动一个桥臂。若该四桥臂交错逆变器应用于三相电，则需要三组载波，每一组载波对应三相电中的一个相位。
具体的，四路载波的相位角度平均分配至区间(0，360°)内，载波可以为三角波，每一载波对应一个桥臂，四路载波的相位角度平均分配至区间(0，360°)内。
例如，三角载波的相位角度计算方法为：(0°，(360°/N)*1，(360°/N)*2，…，(360°/N)*(N-1))，N为交错逆变器的桥臂数。若为四桥臂交错逆变器，则N＝4，四路三角载波的相位角度分别为0°，90°，180°，270°。
在步骤S20中，将载波的峰峰值区间按照从大到小的顺序依序划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间。
在本实施例中，载波的峰峰值区间为其波峰与波谷之间的区间，该峰峰值区间划分为N个区间，划分区间的个数与交错逆变器的桥臂个数相同，若交错逆变器为四桥臂，则将载波的峰峰值分成四个区间。参见图3所示，将载波的峰峰值区间按照从大到小的顺序依序划分为第一区间(Region1)、第二区间(Region2)、第三区间(Region3)以及第四区间(Region4)，Va、Vb、Vc为三相基准波，其相位角度分别为0°，120°，240°。
在一个具体应用实施例中，当载波的峰峰值区间为(-1，1)时，将载波的峰峰值区间平均划分为四个区间，此时，每一个区间的幅值范围的绝对值为0.5。例如，第一区间的幅值范围为(1，0.5)，第二区间的幅值范围为(0.5，0)，第三区间的幅值范围为(-0.5，0)，第四区间的幅值范围为(-1，-0.5)。通过将载波的峰峰值区间按照从大到小的顺序依序划分为四个区间，可以根据每一区间中载波的规律进行进一步修正所在区间的基准波得到修正基准波，然后将修正基准波与载波进行比较，得到对应的调制信号。根据该调制信号驱动四相交错逆变器产生逆变信号，从而避免PS-PWM驱动模式下四相交错逆变器的输出波形不理想的问题。
在步骤S30中，采用预设方波对第一区间和第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波。
在本实施例中，初始基准波为正弦波，预设方波的频率与四桥臂交错逆变器中的开关管的开关频率相同。在修正过程中，当初始基准波位于第一区间以及第三区间，则频率等同于开关管的开关频率的方波会被加在原有的初始基准波上，形成新的修正基准波。具体可参见图4所示，其中，图4中的波形110为初始基准波，图4中的波形120为修正基准波。
在具体应用中，若交错逆变器为四相交错臂，则分别有四路相位推移的方形波(例如0°,90°,180°,270°)加载在原有的四路初始基准波上，每路方形波对应一路载波。
在步骤S40中，将每路载波与修正基准波进行比较，并根据比较结果生成对应的四路调制信号发送至四桥臂交错逆变器。
在本实施例中，第一区间和第三区间内的初始基准波进行修正处理后，将修正后的第一区间和第三区间内的修正基准波与载波进行比较，并根据比较结果生成对应的四路调制信号发送至四桥臂交错逆变器。例如，若修正基准波的电压大于载波的电压，则生成高电平的调制信号，若修正基准波的电压小于载波的电压，则生成低电平的调制信号，此时生成的脉宽调制信号的波形可以避免重合问题，大提升了输出波形的质量。需要说明的是，将基准波与载波进行比较后输出调制波是目前生成调制波的常用手段，此处不做过多限制。
在一个实施例中，参考图5所示，在步骤S30中，采用预设方波对第一区间和第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波，具体包括步骤S31和S32。
在步骤S31中，若初始基准波位于第三区间内，则将占空比固定的预设方波与初始基准波叠加处理，得到修正基准波。
具体的，判断初始基准波当前时间点所处于的幅值区间，当初始基准波位于第三区间时，则由固定占空比的方波与初始基准波叠加形成修正基准波。具体参见图6所示，第三区间的幅值范围为(-0.5A，0)，A为载波的幅值，通过叠加固定占空比的方波，其修正基准波如图6中的波形122所示，波形122的细节示意图参见图7所示。
具体的，预设方波的固定占空比的设置规则可以为，将预设方波的占空比设置为2/N，其中，N为交错逆变器的桥臂数。当N＝4时，则预设方波的固定占空比的绝对值大小为0.5，当初始基准波位于第三区间内，则将占空比大小为0.5的预设方波与初始基准波叠加处理，得到第三区间的修正基准波。通过修正第三区间的基准波，可以避免第三区间内的载波与对应的修正基准波进行比较后生成的调制信号在驱动四相交错逆变器时，产生的输出波形出现重合的问题，提升了输出波形的质量。
在一个实施例中，在步骤S32中，若初始基准波位于第一区间内，则将占空比为
Figure BDA0003556849270000081
的预设方波与初始基准波叠加处理，得到修正基准波。其中，|Va|表示初始基准波在当前时间点的绝对值。
在本实施例中，判断初始基准波在当前时间点所处的幅值区间，当初始基准波位于第一区间时，预设方波的占空比随初始基准波在各时间点的绝对值变化。例如，预设方波的占空比与初始基准波在各时间点的绝对值成正比关系，具体的，此时预设方波的占空比为
Figure BDA0003556849270000082
该预设方波与初始基准波叠加处理后得到第一区间的修正基准波，然后第一区间的载波与对应的修正基准波进行比较，基于比较结果生成对应的调制信号发送至四桥臂交错逆变器。
具体的，第一区间的幅值范围为(0.5A，A)，叠加预设方波后，其波形示意图参见图6中的波形121所示。
在一个实施例中，当初始基准波在第二区间或者第四区间内时，将初始基准波作为修正基准波与此区间内的载波进行比较，此时，四相交错桥臂对应的三角载波相位为(0°,90°,180°,270°)。结合图3所示，对于ABC三相电，每一相对应着四个交错桥臂的载波，对于三相电的A相位，Va为0°移相的基准波，对于三相电的B相位，Vb为120°移相的基准波，对于三相电的C相位，Vc为240°移相的基准波，由此基准波和对应的载波相比较产生PWM调制波。
在一个实施例中，在步骤S20中，将载波的峰峰值区间依序划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间，包括：将载波的峰峰值区间等比例划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间。
在本实施例中，第一区间为[0.5A，A]，第二区间为[0，0.5A]，第三区间为[-0.5A，0]，第四区间为[-A，-0.5A]，A为载波的幅值。通过将载波幅值区间由上至下划分为四个等位区间，可以选择性将存在相位重合的区域进行基准波修正，通过基准波修正调制的方式达到与载波移相相同的效果。
在一个具体应用实施例中，当载波的幅值A为1时，将载波的峰峰值区间等比例划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间。具体的，第一区间为[0.5，1]，第二区间为[0，0.5]，第三区间为[-0.5，0]，第四区间为[-1，-0.5]，通过将载波的峰峰值区间等比例划分，可以精确的对等比例划分的第一区间、第三区间采用预设方波对该区间的基准波进行修正，得到修正后的基准波，然后将修正后的基准波与载波进行比较，得到对应的脉宽调制信号以驱动四桥臂交错逆变器，从而提升四桥臂交错逆变器输出波形的质量，解决了传统的PS-PWM驱动方式存在的输出波形出现重合的问题。
在一个实施例中，根据四桥臂交错逆变器的应用类型生成至少一组载波，包括：若四桥臂交错逆变器的应用类型为三相电系统，则生成三组载波，其中，每组载波对应一个初始基准波，三个初始基准波的相位角度分别为(0°，120°，240°)。
具体的，在本实施例中，首先判断四桥臂交错逆变器的应用类型，当其应用类型为三相电系统，则生成三组载波。其中，每组载波对应一个初始基准波，即，三组载波对应三个初始基准波，三个初始基准波的相位角度分别为(0°，120°，240°)，每组载波分别与其对应的修正基准波进行比较生成四个调制信号，四个调制信号对应四桥臂交错逆变器的四个桥臂，分别用于控制对应的桥臂导通或者关断，从而控制四桥臂交错逆变器输出对应的逆变信号。本实施例通过对初始基准波进行修正，可以进一步消除逆变信号的重合波形，提升四桥臂交错逆变器输出波形的质量。
在一个具体应用实施例中，三组载波分别对应四桥臂交错逆变器中的三组四桥臂装置，每组四桥臂装置包括四个并联的桥臂。其中，每组载波中的四路载波分别对应四个并联的桥臂，第一组载波对应的初始基准波的相位角度为0°，第二组载波对应的初始基准波的相位角度为120°，第三组载波对应的初始基准波的相位角度为240°，然后将每组载波中对应的初始基准波的第一区间、第三区间的初始基准波采用预设方波进行修正得到修正基准波，最后由对应的载波与其进行比较生成调制信号发送至四桥臂交错逆变器，以驱动四桥臂交错逆变器输出逆变信号。
在一个实施例中，脉宽调制方法还包括：当初始基准波在第二区间或者第四区间内时，将初始基准波作为修正基准波。
在本实施例中，结合图6所示，将载波的峰峰值区间按照从大到小的顺序依序划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间。当初始基准波在第一区间时，将占空比为
Figure BDA0003556849270000101
的预设方波与初始基准波叠加处理，得到第一区间的修正基准波；当基准波进入第二区间时，则第二区间的初始基准波不做修正处理，直接作为第二区间的修正基准波；当初始基准波进入第三区间时，则将占空比固定的预设方波与初始基准波叠加处理，例如，占空比固定为0.5，得到第三区间的修正基准波；当初始基准波在第四区间时，则将第四区间的初始基准波不做修正处理，直接作为第四区间的修正基准波。
可以理解的是，当四个区间的修正基准波都求解出来后，然后将每路载波与每个区间的修正基准波进行比较，并根据比较结果生成对应的四路调制信号发送至四桥臂交错逆变器，以驱动四桥臂交错逆变器输出逆变信号，通过修正第一区间和第三区间内的初始基准波，可以消除逆变信号中出现的波形重合问题。
在一个实施例中，脉宽调制方法还包括：将修正基准波的幅值限制在预设幅值范围内。
具体的，当初始基准波被修正后，修正基准波的幅值在预设幅值范围外时，则将在预设范围外的修正基准波的幅值按照最大的预设幅值来计算。例如，结合图6所示，当预设幅值范围为(-1，+1)时，修正基准波的幅值为1.2时，则按照预设幅值的最大值1来计算，当修正基准波的幅值为-1.2时，则按照预设幅值的最大值-1来计算。通过将修正基准波的幅值限制在预设幅值范围内，可以避免预设方波的幅值较大导致的修正基准波超过阈值范围，使得输出波形更加准确，提高了逆变器输出波形的质量。
在一个实施例中，结合图8所示，若初始基准波位于第二区间或者第四区间时，将初始基准波作为修正基准波。具体的，当初始基准波小于-0.5，或者初始基准波大于-1小于-0.5满足其中一个时，则通过“或”模块，输出1，当都不满足时，则输出0，然后通过信号选择模块，将输出的信号的最大值与最小值被限制在(-1，+1)之间，第二区间或者第四区间的修正基准波。
在一个实施例中，参考图4所示，波形110为初始基准波，波形120则为修正基准波。通过将每路载波与修正处理后的修正基准波进行比较，并根据比较结果生成对应的四路调制信号发送至四桥臂交错逆变器，使得四桥臂交错逆变器的输出波形更加准确，提高了输出波形的质量，解决了传统的驱动方式中输出波形存在重合部分的问题。
在一个实施例中，图8为载波和基准波从第四区间进入至第三区间时的波形示意图，以及基准波和载波比较处理后产生的脉宽调制信号的波形示意图。结合图8所示，通过在初始基准波上叠加方波，第三区间内的修正基准波近似为方波，在第三区间范围内，载波和修正基准波进行比较处理后生成的脉宽调制信号相对传统PS-PWM驱动方式下的脉宽调制信号发生了相位移动，通过这种修正基准波的移相方式，每一交错桥臂(interleavedconverter leg)的输出波形都会发生改变，并改变其相加合并后产生的相位输出电压波及线电压波，消除原有不理想的重合部分。
具体地，在图8中，传统发波方式中，801为载波，802为基准波，载波801和基准波802进行比较后输出脉宽调制信号803。改进发波方式中，804为初始基准波，805为叠加方波后修正基准波，载波801、初始基准波804和修正基准波805进行比较后输出脉宽调制信号806。由图8可以清楚的看出，改进发波后输出的脉宽调制信号806相较于传统发波输出的脉宽调制信号803发生了相位移动。
本申请实施例还提供了一种脉宽调制装置，应用于四桥臂交错逆变器，参考图9所示，脉宽调制装置包括：载波生成模块10、幅值划分模块20、幅值修正模块30以及调制输出模块40。
具体的，载波生成模块10用于根据四桥臂交错逆变器的应用类型生成至少一组载波，每组载波包括四路相位不同的载波，其中，四路载波的相位角度平均分配至区间(0，360°)内。
在本实施例中，载波的以及数量取决于桥臂交错的数量，对于四相桥臂交错逆变器，则载波生成模块10生成的每一组载波有四路相位不同的载波，每一路载波对应驱动一个桥臂，若该四桥臂交错逆变器应用于三相电，则需要三组载波，每一组载波对应三相电中的一个相位。
具体的，四路载波的相位角度平均分配至区间(0，360°)内，载波可以为三角波，每一载波对应一个桥臂，四路载波的相位角度平均分配至区间(0，360°)内。
例如，三角载波的相位角度计算方法为：(0°，(360°/N)*1，(360°/N)*2，…，(360°/N)*(N-1))，N为交错逆变器的桥臂数，若为四桥臂交错器，则N＝4，四路三角载波的相位角度分别为0°，90°，180°，270°。
幅值划分模块20用于将载波的峰峰值区间按照从大到小的顺序依序划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间。
在本实施例中，载波的峰峰值区间为其波峰与波谷之间的区间，幅值划分模块20用于将该峰峰值区间划分为N个区间，划分区间的个数与交错逆变器的桥臂个数相同，若交错逆变器为四桥臂，则将载波的峰峰值分成四个区间，结合图3所示，将载波的峰峰值区间按照从大到小的顺序依序划分为第一区间(Region1)、第二区间(Region2)、第三区间(Region3)以及第四区间(Region4)，Va、Vb、Vc为三相基准波，其相位角度分别为0°，120°，240°。
在一个具体应用实施例中，当载波的峰峰值区间为(-1，1)时，幅值划分模块20将载波的峰峰值区间平均划分为四个区间，此时，每一个区间的幅值范围的绝对值为0.5。例如，第一区间的幅值范围为(1，0.5)，第二区间的幅值范围为(0.5，0)，第三区间的幅值范围为(-0.5，0)，第四区间的幅值范围为(-1，-0.5)。
幅值划分模块20通过将载波的峰峰值区间按照从大到小的顺序依序划分为四个区间，幅值修正模块30可以根据每一区间中载波的规律进行进一步修正所在区间的基准波得到修正基准波，然后调制输出模块40将修正基准波与载波进行比较，得到对应的调制信号，从而避免PS-PWM驱动模式下四相交错逆变器产生的三相电输出波形不理想的问题。
幅值修正模块30用于采用预设方波对第一区间和第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波；其中，初始基准波为正弦波，预设方波的频率与四桥臂交错逆变器中的开关管的开关频率相同。
在本实施例中，初始基准波为正弦波，预设方波的频率与四桥臂交错逆变器中的开关管的开关频率相同，在修正过程中，当初始基准波位于第一区间以及第三区间，则幅值修正模块30采用频率等同于开关管的开关频率的方波会被加在原有的初始基准波上，形成新的修正基准波，具体可参见图4所示，其中，图4中的波形110为初始基准波，图4中的波形120为修正基准波。
在具体应用中，若交错逆变器为四相交错臂，则分别有四路相位推移的方形波(例如0°,90°,180°,270°)加载在原有的四路初始基准波上，每路方形波对应一路载波。
在具体应用中，幅值修正模块30需要先判断初始基准波所处于的幅值区间，当初始基准波位于第三区间时，则由固定占空比的方波与初始基准波叠加形成修正基准波，具体参见图6所示，第三区间的幅值范围为(-0.5A，0)，A为载波的幅值，通过叠加固定占空比的方波，其修正基准波如图6中的波形122所示，波形122的细节示意图参见图7所示。
具体的，预设方波的固定占空比的设置规则可以为，将预设方波的占空比设置为2/N，其中，N为交错逆变器的桥臂数。当N＝4时，则预设方波的固定占空比的绝对值大小为0.5，当初始基准波位于第三区间内，则将占空比大小为0.5的预设方波与初始基准波叠加处理，得到第三区间的修正基准波，通过修正第三区间的基准波，可以避免第三区间内的载波与对应的修正基准波进行比较后生成的调制信号在驱动四相交错逆变器时产生的输出波形出现重合的问题，提升了输出波形的质量。
在一个实施例中，若幅值修正模块30判断初始基准波位于第一区间时，预设方波的占空比随初始基准波在各时间点的绝对值变化。例如，预设方波的占空比与初始基准波在各时间点的绝对值成正比关系，具体的，此时预设方波的占空比为
Figure BDA0003556849270000141
该预设方波与初始基准波叠加处理后得到第一区间的修正基准波，然后第一区间的载波与对应的修正基准波进行比较，基于比较结果生成对应的调制信号发送至四桥臂交错逆变器。
具体的，第一区间的幅值范围为(0.5A，A)，叠加预设方波后，其波形示意图参见图6中的波形121所示。
在一个实施例中，当初始基准波在第二区间或者第四区间内时，幅值修正模块30不对其进行修正，此时初始基准波作为修正基准波。
调制输出模块40将初始基准波作为修正基准波与此区间内的载波进行比较，此时，四相交错桥臂对应的三角载波相位为(0°,90°,180°,270°)，结合图3所示，对于ABC三相电，每一相对应着四个交错桥臂的载波，对于三相电的A相位，Va为0°移相的基准波，对于三相电的B相位，Vb为120°移相的基准波，对于三相电的C相位，Vc为240°移相的基准波，由此基准波和对应的载波相比较产生PWM调制波。
调制输出模块40用于将每路载波与修正基准波进行比较，并根据比较结果生成对应的四路调制信号发送至四桥臂交错逆变器。
在本实施例中，幅值修正模块30对第一区间和第三区间内的初始基准波进行修正处理后，调制输出模块40将修正后的第一区间和第三区间内的修正基准波与载波进行比较，并根据比较结果生成对应的四路调制信号发送至四桥臂交错逆变器。例如，若修正基准波的电压大于载波的电压，则生成高电平的调制信号，若修正基准波的电压小于载波的电压，则生成低电平的调制信号，此时生成的脉宽调制信号的波形可以避免重合问题，大提升了输出波形的质量。
在一个实施例中，参考图10所示，脉宽调制装置还包括：饱和模块50。
具体的，饱和模块50用于将修正基准波的幅值进行限制在预设幅值范围内。
在本实施例中，当初始基准波被修正后，修正基准波的幅值在预设幅值范围外时，则饱和模块50将在预设范围外的修正基准波的幅值按照最大的预设幅值来计算，从而将修正基准波的幅值进行限制在预设幅值范围内。例如，结合图6所示，当预设幅值范围为(-1，+1)时，修正基准波的幅值为1.2时，则按照预设幅值的最大值1来计算，当修正基准波的幅值为-1.2时，则按照预设幅值的最大值-1来计算，通过将修正基准波的幅值限制在预设幅值范围内，可以避免预设方波的幅值较大导致的修正基准波超过阈值范围，使得输出波形更加准确，提高了逆变器输出波形的质量。
在一个具体应用实施例中，以三相电的A相位的基准波修正逻辑举例说明。参考图11所示，方波生成模块10生成四路预设方波发送至信号选择模块31，占空比调节单元Duty用于调节预设方波的占空比，其占空比随初始基准波在各时间点的绝对值变化。例如，预设方波的占空比与初始基准波在各时间点的绝对值成正比关系，具体的，此时预设方波的占空比为
Figure BDA0003556849270000161
Va为初始基准波在当前时间点的值。
信号选择模块31判断初始基准波的区间，若初始基准波位于第一区间时(Va＞0.5)，信号选择模块31选择将方波生成模块10生成的四路预设方波发送至幅值修正模块30.具体的，当Va>0.5时，则四路预设方波被选择并输出，反之，当Va<0.5时，则信号“0”被选择。幅值修正模块30将该预设方波与初始基准波叠加处理后得到第一区间的修正基准波(Va,m1、Va,m2、Va,m3、Va,m4)，然后由饱和模块50将修正基准波的幅值限制在预设幅值范围内。
在一个实施例中，参见图12所示，方波生成模块10生成四路预设方波发送至信号选择模块31，幅值修正模块30需要先判断初始基准波所处于的幅值区间，当初始基准波Va位于第三区间时，则由方波生成模块10生成的四路固定占空比的方波与初始基准波通过幅值修正模块30叠加形成修正基准波。具体参见图6所示，第三区间的幅值范围为(-0.5A，0)，A为载波的幅值，通过叠加固定占空比的方波，其修正基准波如图6中的波形122所示，波形122的细节示意图参见图7所示。
在一个具体应用中，若初始基准波位于第三区间时，则将占空比的绝对值大小为0.5的预设方波与初始基准波叠加处理，然后在经过信号选择模块31，当-0.5<Va<0时，则占空比的绝对值大小为0.5的预设方波被选择并输出，反之，则信号“0”被选择。饱和模块50将输出的信号的最大值与最小值被限制在(-1，+1)之间，得到第三区间的修正基准波参考图6所示，通过修正第三区间的基准波，可以解决传统的PS-PWM产生的三相电输出波形不理想的问题。
在一个实施例中，幅值修正模块30可以为加法器。
在一个实施例中，参见图13所示，当初始基准波Va在第二区间(0＜Va＜0.5)或者第四区间(-1＜Va＜-0.5)内时，信号选择模块31选择0接入幅值修正模块30，幅值修正模块30将初始基准波Va与“0”相加，即不对初始基准波Va进行修正，此时初始基准波Va作为修正基准波输出。
本申请实施例还提供了一种逆变系统，逆变系统包括：四桥臂交错逆变器；以及控制装置，控制装置用于执行如上述任一项的脉宽调制方法以对四桥臂交错逆变器进行控制。
通过本申请提供的上述实施例，四桥臂交错逆变器的输出波形可以得到有效的改善。参见图14，图14为采用传统方法的逆变系统输出的相电压Vpha和线电压Vline的波形。从图14中可以清楚的看到，传统方法的逆变系统输出的线电压存在重叠。图15为采用本申请实施例提供的脉宽调制方法的逆变系统输出的相电压Vpha和线电压Vline的波形，从图15中可以非常清楚的看出，使用本申请实施例提供的脉宽调制方法的逆变系统输出的线电压不存在重合，输出的波形质量高于传统方法。
在本申请提供的上述实施例中，仅阐述了对三相电中的A相位的基准波进行调整，但是B相位及C相位(vb和vc)的改动原理与A相位一样。通过本申请实施例提供的脉宽调制方法，四桥臂交错逆变器的输出波形的质量大大提高，因此可以在使用相同磁性器件(电感)下使得总谐波百分比大大降低(对于一个四相交错的三相电源，其线电压(VAB)可以达到9电平，输出已经十分近似正弦波)。本申请实施例提供的脉宽调制方法、脉宽调制装置以及逆变系统应用在对功率密度以及轻磁性器件需求高的领域，如航空航天领域或电动汽车领域。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脉宽调制方法，应用于四桥臂交错逆变器，其特征在于，所述脉宽调制方法包括：
根据所述四桥臂交错逆变器的应用类型生成至少一组载波，每组载波包括四路相位不同的载波，每一载波对应一个桥臂，其中，所述载波为三角波，四路所述载波的相位角度平均分配至区间(0，360°)内；
将所述载波的峰峰值区间按照从大到小的顺序依序划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间；
采用预设方波对所述第一区间和所述第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波；其中，所述初始基准波为正弦波，所述预设方波的频率与所述四桥臂交错逆变器中的开关管的开关频率相同；
将每路所述载波与所述修正基准波进行比较，并根据比较结果生成对应的四路调制信号发送至所述四桥臂交错逆变器。
2.如权利要求1所述的脉宽调制方法，其特征在于，采用预设频率的方波对所述第一区间和所述第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波，包括：
若所述初始基准波位于所述第三区间内，则将占空比固定的预设方波与所述初始基准波叠加处理，得到所述修正基准波。
3.如权利要求1所述的脉宽调制方法，其特征在于，采用预设频率的方波对所述第一区间和所述第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波，包括：
若所述初始基准波位于所述第一区间内，则将占空比为
Figure FDA0003556849260000011
的预设方波与所述初始基准波叠加处理，得到所述修正基准波，其中，|Va|表示所述初始基准波在当前时间点的绝对值。
4.如权利要求1-3任一项所述的脉宽调制方法，其特征在于，所述将所述载波的峰峰值区间依序划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间，包括：
将所述载波的峰峰值区间等比例划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间，其中，所述第一区间为[0.5A，A]，所述第二区间为[0，0.5A]，所述第三区间为[-0.5A，0]，所述第四区间为[-A，-0.5A]，A为所述载波的幅值。
5.如权利要求1-3任一项所述的脉宽调制方法，其特征在于，所述根据所述四桥臂交错逆变器的应用类型生成至少一组载波，包括：
若所述应用类型为三相电系统，则生成三组载波；
其中，每组所述载波对应一个所述初始基准波，三个所述初始基准波的相位角度分别为(0°，120°，240°)。
6.如权利要求1-3任一项所述的脉宽调制方法，其特征在于，所述脉宽调制方法还包括：
当初始基准波在所述第二区间或者所述第四区间内时，将所述初始基准波作为所述修正基准波。
7.如权利要求1所述的脉宽调制方法，其特征在于，所述脉宽调制方法还包括：
将所述修正基准波的幅值限制在预设幅值范围内。
8.一种脉宽调制装置，应用于四桥臂交错逆变器，其特征在于，所述脉宽调制装置包括：
载波生成模块，用于根据所述四桥臂交错逆变器的应用类型生成至少一组载波，每组载波包括四路相位不同的载波，其中，四路所述载波的相位角度平均分配至区间(0，360°)内；
幅值划分模块，用于将所述载波的峰峰值区间按照从大到小的顺序依序划分为第一区间、第二区间、第三区间以及第四区间；
幅值修正模块，用于采用预设方波对所述第一区间和所述第三区间内的初始基准波进行修正，得到修正基准波；其中，所述初始基准波为正弦波，所述预设方波的频率与所述四桥臂交错逆变器中的开关管的开关频率相同；
调制输出模块，用于将每路所述载波与所述修正基准波进行比较，并根据比较结果生成对应的四路调制信号发送至所述四桥臂交错逆变器。
9.如权利要求8所述的脉宽调制装置，其特征在于，还包括：
饱和模块，用于将所述修正基准波的幅值进行限制在预设幅值范围内。
10.一种逆变系统，其特征在于，所述逆变系统包括：
四桥臂交错逆变器；以及
控制装置，所述控制装置用于执行如权利要求1-7任一项所述的脉宽调制方法以对所述四桥臂交错逆变器进行控制。
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