跟着大功率自关断器材和智能高速微操控芯片的不断发展，大功率电力电子变流设备得到了越来越深化的研讨，在大容量电机驱动、交直流电力传输等场合的运用规模也越来越广泛了。在大功率电力电子变流设备的完成上，一个重要的问题便是大功率器材的作业频率较低，无法习惯PWM技能等优异的调制技能。载波移相正弦波脉宽调制技能(Carrier phase-shifted SPWM，以下简称CPS-SPWM)是为了处理该问题而提出的新技能。
田纳西大学的Peng F.Z.等人于1996年提出了级联H桥型变流器的拓扑结构，并用于无功补偿[1]。级联H桥变流器主电路拓扑结构如图1所示，由N个单相全桥模块在沟通侧串联构成一相桥臂对，直流侧彼此独立，如图1(a)所示。由3个桥臂对经过Y型或许△衔接构成三相体系，如图1(b)所示便为Y型接法示意图。相关于二极管钳位型多电平变流器和飞跨电容型多电平变流器，这种级联H桥型变流器具有如下长处：
1)各变流器单元结构相同，简略完成模块化规划、设备、修理;
2)直流侧彼此独立，电压均衡简略完成;
3)各变流器单元作业对称，开关负荷平衡。
在电压型改换电路中.输出的沟通电压为矩形波。前期常用多重化技能把几个矩形波输出组合成迫临正弦波的波形。以进步容量、减小谐波关于Lx个三相变流电路单元(每个单元三相，此处用Lx标明多重化中三相变流器的单元数，以和下面N标明H桥的单元数区别，本文以每3-H桥为一个单元)，将其输出波形的相位各错开π/(3Lx)，连同抵消它们之间相位差的变压器(移相变压器)，能够构成脉波数为6Lx、的变流器体系。输出波形中包含6kLx±1(k为正整数)次的谐波。但多重化技能存在以下缺乏：结构杂乱，体系动态呼应差;各设备输入/输出波形须错开必定的相位，形成基波丢失。
多电平组合变流器是选用CPS—SPWM技能和多重化技能相结合的变流器。该类变流器等效开关频率高、开关损耗小、动态呼应快、通频带宽，便于选用不同的操控战略。H桥型拓扑在多电平变流器的根本拓扑中，具有结构简略、需求最少数量的器材、不需求许多的钳位二极管和飞跨电容、易于模块化和选用软开关技能等长处。本文介绍H桥的几种根本结构及其级联办法，并以级联3-H桥为例.用TMS3201LF2407 DSP宣布操控三相单模块和单相两模块H桥的脉冲信号，使之别离输出三相三电平缓单相五电平。频谱剖析标明只含有开关整倍次及其边带谐波，和理论剖析的完全一起。
1 H桥拓扑结构
H桥多电平变流器的根本结构有两种：一种为三电平H桥(3-LeveL H-hridge.3-H)，另一种为五电平H桥(5-LeveL H-bridge，5-H)。其间，五电平H桥又包含二极管钳位型和电容钳位型两种。3-H桥变流器的根本单元如图1所示，这个根本单元可发生3电平输出：一起导通S1和S3或S2和S4，就可在两桥臂间发生极性相反的电平;当一起导通S1和S2或S3和S4时.则输出零电平。
5-H桥变流器的根本单元如图2所示.以一极管钳位型为例来阐明其电平生成状况、图2(a)所示5-H单元由全桥式中点钳位式电路组成，恰当改动逆变器中晶体管的开关状况，a点和n点可跟d0，d1和d2相连。假定直流侧电压Vdc为2E，电容上的电压为Vdc/2。5-H桥根本单元输出电压Van能够有五种不同的取值：-2E，-E，0，E和2E。在这个拓扑中，电容上的电压能够经过对冗余状况的挑选坚持平衡。
以图1及图2中的根本电路单元为根底，能够得到图3所示的级联3-H变流器和图4所示级联5-H变流器。由3一H级联而成的电压型变频器已由美国罗宾康公司创造并申请专利，取名为完美无谐波变频器。依据体系对输出电压，电平数的要求可决定级联的单元数。级联3-H桥型变流器有许多长处：取得相同电平数输出时，运用的元器材最少;每个变流器单元的结构相同，简略进行模块化设汁和封装;各变流器单元之间相对独立，简略引进软开关操控;直流侧的均压比较简略完成;各变流器单元的作业负荷一起等。关于级联3-H变流器，级联单元数N(每个3-H变流器为一个单元)和输出波形电平数W之间满意W=2N+l的联系;级联5-H变流器对应联系为：W=4N+l。以上各变流器单元的独立直流源电压值相同。故若将各独立电压源的电压值别离取为E、2E、4E……2N-1E，则其输出的电平数就大幅度地添加到2N+1一l，即得到所谓的改善的级联H桥型多电平变流器(Modified Cascade否H-bridgeMullevel Converter)。但此种拓扑导通器材数增多，开关损耗加大，电路全体功率下降，调制战略变得杂乱，因此仍在探究阶段。
2 载波相移SPWM(CPS-SPWM)调制原理
相移SPWM调制技能的根本思想是：在变流器单元数为N的电压型SPWM组合设备中，各变流器单元选用一起的调制波信号sm，其频率为fm。各变流器单元的三角载波频率为fc，将各三角载波的相位彼此错开三角载波周期的1/(2N)，即三角载波Trl(1)、Trl(2)、Trl(3)……Trl(2N)的相位顺次相差Tc/(2N)(式中Tc=l/fc).以变流器单元数N等于4为例如图5(a)所示。各模块输出如图5(b)所示.每个模块的输出都是两个三角波与调制波相交发生的PWM信号的叠加.是三逻辑信号叠加后输出如图5(c)所示。2N个三角波Tri(i=1.2.3……2N)在整个调制波周期内均匀散布，所以，从输出频谱看，N个单元构成的级联型变流器等效为2N单元的相移SPWM组合变流器，输出为(2N+1)电平的PWM信号。其频域模型为
式中除以下成格外均为零：
1)信号输出f=fm
由此可见，选用载波相移办法的N单元变流器输出信号电压进步N倍.呈线性扩大;等效开关频率进步2N倍。
3 试验
选用CPS—SPWM调制办法的级联型H桥变流器，能够在不运用变压器的状况下，在较低的器材开关频率下完成高载波频率的作用。本文以3-H桥为例进行试验，关于N单元级联型3-H桥，发生(2N+1)电平的输出，需求4N个开关管，即4N路PWM信号：由3N个单元级联型3-H桥模块组成的三相变流器发生三相(2N+1)电平，需求12N个开关管，12N路PWM信号。现在盛行的操控器TMS320LF2407 DSP是Tl公司专为数字电机操控而规划的新一代数字处理器，2407在一块芯片上集成了两个事情管理器，共能够发生6对互补的PWM信号，可用于三相单模块的三电平输出，或单相五电平输出。试验输出波形如图6及图8所示。频谱散布如图7及图9所示。
结语
频谱剖析(图7，图9)标明，关于三相三电平谐波畸变率THD=O.6005，选用CPS—SPWM调制办法输出五电平的谐波畸变率降到THD=0.2911。一起由频谱图明显可见，输出波形中只含有Nf次及其边带谐波(其间N为变流器单元数，f为单个开关频率)即变流器的等效开关频率进步到了N倍。当级联的模块数添加时，输出波形的谐波会成份额地向高次移动，然后使得总的谐波畸变率大幅度下降，因此使得CPS—SPWM技能运用到H桥拓扑中在大功率方面有宽广的运用远景。
