一种基于开关电容的单电源升压型六电平逆变器

针对现有开关电容型多电平逆变器存在拓扑结构复杂、器件数量较多、电容电压不平衡以及电压应力较大等缺点,提出一种新型的基于开关电容的六电平逆变器。该电路拓扑由6个功率开关、1个直流电压源和3个电容组成,可以产生2.5倍升压增益的六电平输出电压。此外,由于电容由输入直流电压源直接充电至固定电压,因此电容电压能够实现自动平衡。对所提逆变器的工作原理、PWM调制策略以及电路参数等方面进行详细分析,同时还对该逆变器与现有多电平逆变器进行了对比研究。最后采用Matlab软件建立了仿真模型,仿真结果验证了所提电路的有效性和可行性。     

半桥三电平直流变换器的中点平衡控制方法

带箝位二极管的半桥三电平直流变换器主要用于高压输入场合,其初级功率管电压应力仅为直流母线电压的一半,不仅可以实现初级开关管的零电压开关(ZVS)开通,且能抑制次级整流桥的尖峰电压,有效提高了变换器效率。但实际平台中存在的驱动电路和开关管差异性也会带来输入侧上下分压电容不均压的中点平衡问题,从而导致初级功率管以及次级整流桥二极管电压应力不同,存在安全隐患。针对该问题,提出了一种中点平衡的数字控制方法,在单载波、双沿触发模式下通过修正调制波来调节正负半周期的占空比,实现输入分压电容的均压控制。最后试制了一台18 kW的实验样机,实验结果验证了该中点平衡控制方法的有效性。     

零电压开关多谐振三电平直流变换器的控制策略

零电压开关多谐振三电平直流变换器具有功率器件电压应力低、实现软开关范围宽、输出滤波器小的优点。该变换器的两只开关管采用相位差π脉冲频率调制的控制方式。该文将介绍交错控制方案的实现。在实际应用中由于控制电路和／或驱动电路有差异，使得两只分压电容不均压，该文提出一种均压方法，细微地调节开关管的关断时间，确保分压电容均压。论文最后给出实验结果，以验证上述方法的有效性。     

一种对称式三电平LLC谐振变换器控制策略

针对燃料电池输出特性软、电压范围变化宽的特点,通过脉宽调制(PWM)控制使对称式三电平LLC谐振电路工作在三电平升压模式、三电平降压模式和倍频模式,实现高、中、低3种增益模态,拓宽了变换器增益范围.为解决对称式三电平LLC拓扑直流侧电容均压问题,提出一种通过控制初级上、下桥臂相位差实现所有模式下分压电容电压均衡的策略....     

半桥三电平直流变换器的电容电压控制策略

三电平(TL)直流变换器具有主开关管电压应力为输入电压一半的优点,适用于高压输入场合。本文所研究的四开关半桥TL直流变换器可以实现一次侧开关管的宽范围软开关,而且避免了钳位二极管和飞跨电容带来的可靠性问题。但是主电路以及控制电路的不对称可能造成输入分压电容以及隔直电容的偏压,从而导致主功率管以及整流二极管电压应力增加。本文提出了一种电容电压控制策略,通过调节正负半周占空比以及相位差,实现输入分压电容和隔直电容的电压控制,提高变换器运行的可靠性。最后研制了一台输入800V、输出28V/2k W的原理样机,实验结果验证了偏压理论分析的正确性以及电容电压控制策略的有效性。     

交错串联-并联双管正激变换器的一种均压方法

分析了交错控制输入串联输出并联组合式双管正激变换器输入端不均压现象及其起因。在此基础上提出新的控制策略。采样输入端串联分压电容电压的偏差,分时叠加于两交错串联模块主开关管的瞬时电流采样信号,应用峰值电流控制原理,直接调节两主开关管的占空比,实现其输入端功率均衡及均压。仅用一个交错PWM控制芯片和一个电压调节器,就可以同时实现对该组合式变换器的交错PWM、输出稳压和输入均压的综合控制,无需额外的同步电路和均压控制器。1 kW样机的仿真和实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

具有分压电容平衡功能的新型组合九电平逆变器

针对传统多电平逆变器存在电平数大于3时,分压电容难以平衡,造成拓扑电路结构复杂等问题,对扩展NP点的混合H桥拓扑和独立分压电容平衡拓扑电路进行组合,简化并得到一种新型九电平逆变器拓扑电路;针对该拓扑电路提出相应的四载波层叠SPWM策略。通过仿真分析,扩展NP点的混合H桥拓扑中间两个分压电容电压值幅度在基准电压0V上下波动,其幅度达到±25V;而新型九电平逆变器的分压电容电压值在期望值100V上下波动时,其波动幅值小于±5V,因此,从仿真结果表明新型九电平逆变器拓扑结构及调制策略的应用,不仅可降低输出电压纹波的幅值,还能达到分压电容均衡的效果,并减少了两个开关管的应用,降低经济成本。     

二极管钳位型双Buck三电平逆变器输入均压解耦控制

输入电容均压是多电平逆变器的关键问题,多电平调制与输入均压耦合,造成多电平变换器电路结构与控制繁杂、调节速度慢。利用双Buck电路包括2个Buck桥臂、并按电流半周期工作的特点,提出一种二极管钳位双Buck多电平结构,在任一时刻,由其中一个Buck桥臂实现逆变,而另一个Buck桥臂工作于逆向Boost状态,对输入分压电容充电,逆变控制与钳位电压均衡控制可完全解耦。在电平数较多的情形下,该方法有助于减少器件数量,降低系统复杂度,提高可靠性。对三电平情形进行了仿真与实验验证。     

三相混合钳位五电平PWM整流器的研究

二极管钳位型多电平PWM整流器由于其诸多优势得到广泛的研究与应用,但直流母线电容电压不均衡问题将其应用一直局限于三电平拓扑。针对这一问题,采用一种混合钳位五电平拓扑应用于PWM整流器,分析该整流器在特有的交替混合PWM调制方式下的电路工作模态,开关电容电路等效电容的计算及适用于该变换器的双环控制算法。实验结果表明,该五电平整流器实现了直流母线电容电压的均衡与稳定,有效抑制了交流侧输入电流的畸变,实现了功率因数校正。     

非隔离三电平变换器中分压电容均压的一种方法

在非隔离三电平变换器中，分压电容必须是均压的，以保证开关管电压应力相等。在实际应用中，由于控制电路和，或驱动电路有差异，开关管的导通时间不完全相等，使得分压电容不均压，这样开关管电压应力不相等。为了解决这个问题，该文提出一种均压方法，它通过调整开关管的导通时间，确保分压电容均压，论文最后给出实验结果，以验证本方法的有效性。     

二极管箝位型四电平逆变器的中点电压平衡控制方法

二极管箝位型四电平逆变器具有开关器件少、输出电压高、结构紧凑、功率密度高的优点,在中压变频调速领域有很好的应用潜力.针对其母线中点电压平衡问题,提出一种新型载波交叠PWM调制策略,满足伏秒平衡原则.在此基础上进一步提出了一种可平衡母线中点电压的解耦控制方法,将3个母线电容的电压平衡控制分为2个解耦的控制目标:1)上、下...     

DC-bus voltage control of three-phase AC/DC PWM converters usingfeedback linearization

In this paper, a fast voltage control strategy of three-phase AC/DC pulsewidth modulation (PWM) converters applying a feedback linearization technique is proposed. First, incorporating the power balance of the input and output sides in system modeling, a nonlinear model of the PWM converter is derived with state variables such as AC input currents and DC output voltage. Then, by input-output feedback linearization, the system is linearized and a state feedback control law is obtained by pole placement. With this control scheme, output voltage responses become faster than those in a conventional cascade control structure. For robust control to parameter variations, integrators are added to the exact feedback control law. Since the fast voltage control is feasible for load changes, it is shown that the DC electrolytic capacitor size can be reduced. In addition, the capacitor current is analyzed for size reduction of the capacitor. As is usual with PWM converters, the input current is regulated to be sinusoidal and the source power factor can be controlled at unity. The experimental results are provided to verify the validity of the proposed control algorithm for a 1.5 kVA insulated gate bipolar transistor PWM converter system     

基于混合型多电平换流器的柔性直流输电系统

针对一种混合型多电平换流器（Hybrid Multilevel Converters, HMC）在柔性直流输电系统（VSC-HVDC）中的应用进行了研究。阐述HMC的电路拓扑和工作原理,从功率角度分析子模块电容电压均衡条件,介绍了换流器的基本控制策略,提出了一种改进控制策略和HMC子模块串的均压控制策略。提出了基于HMC的前馈交叉解耦控制策略,包括有功无功解耦控制器,以及直流侧电压控制器。利用PSCAD/EMTDC建立了基于HMC双端三相35 kV,240子模块的VSC-HVDC详细仿真模型,验证了所提出的主电路拓扑和控制策略。     

Experimental verification of a hybrid multilevel inverter with voltage-boosting ability

A new nine-level natural-balanced boost hybrid multilevel inverter (BH-MLI) is proposed in this paper. Each phase of the proposed BH-MLI is designed with only 11 semiconductor switches and two electrolytic capacitors. Here, the capacitor voltages are balanced by utilizing the series-parallel and natural balancing techniques effectively. Furthermore, the proposed circuit eradicates the multiple DC sources by introducing a single DC link for single- and three-phase applications. The proposed topology can be easily extendible to obtain higher level output voltage waveform due to its modular-switched capacitor cells (SCCs). Besides, the higher voltage level generation does not pose high-voltage stress on any of the topology components, as the blocking voltage of all devices within the source voltage magnitude. Further, a quantitative comparison is conducted among the state-of-art switched-capacitor multilevel inverter (SC-MLIs) to highlight the superiority of the proposed configuration. Finally, the performance of the proposed BH-MLI is experimentally validated with phase disposition-pulse width modulation (PD-PWM) and round control method at different modulation indices, load conditions.     

具备直流故障清除和自均压能力的MMC移位全桥子模块拓扑

模块化多电平换流器（MMC）可通过改进子模块拓扑实现对直流故障电流的清除,但大多数子模块不具备电容电压自均衡能力。在全桥子模块的基础上,推导了一种兼具故障电流自清除能力和模块电容电压自均衡能力的新型子模块：移位全桥子模块（OCFBSM）。该子模块由2个全桥子模块通过移位组合构成,正常工作时根据2个电容的连接关系运行在旁路、串联和并联3种状态,可不依赖于外加均压控制自动实现模块内电容电压均衡。发生直流短路故障时,OCFBSM通过将2个电容反向接入故障回路可自动清除直流故障电流。基于MATLAB/Simulink的仿真结果验证了OCFBSM在直流故障电流清除和自均压方面的有效性,且故障闭锁后各子模块电容电压均衡,有利于MMC重启。     

软开关PWM三电平直流变换器

系统地提出PWM三电平直流变换器的一族共9种控制方式,根据一对开关管中两只开关管的关断情况,将这9种控制方式归纳出两类开关切换方式。引入超前管和滞后管的概念,提出它们实现软开关的方式,将软开关PWM三电平直流变换器归纳为零电压开关和零电压/零电流开关两类,并分别指出适合它们的控制策略。提出在零状态电流复位的方法,提出几种零电压/零电流开关三电平直流变换器的电路拓扑。     

Voltage-Balancing Circuit Based on a Resonant Switched-Capacitor Converter for Multilevel Inverters

This paper proposes a new voltage-balancing circuit for the split dc voltages in a diode-clamped five-level inverter. The proposed circuit is based on a resonant switched-capacitor converter (RSCC), which consists of two half-bridge inverters, a resonant inductor, and a resonant capacitor. A new phase-shift control of the RSCC is proposed to improve voltage-balancing performance. As a result, it is possible to reduce the inductor to one tenth in volume as compared to a conventional voltage-balancing circuit based on a buck–boost converter. Experimental results are shown to verify the viability of the RSCC-based voltage-balancing circuit.      

基于有源箝位的功率器件串联均压技术

功率器件串联的关键技术挑战是如何实现串联器件的动、静态均压。提出一种基于有源箝位的器件串联均压电路及其控制方法。所述均压电路仅由1个辅助开关管和1个箝位电容串联而成,该电路与各主功率管并联。主功率管的关断电压可自动被箝位电容电压箝位,从而将器件串联均压问题转化为各箝位电容电压均衡问题。提出了一种箝位电容均压方法,利用负向电流回收箝位电容电能,并能保证辅助开关管实现零电压开通。所提均压技术具有结构简单、损耗低、模块化等优点。此外,通过调整箝位电容放电时间差异,形成阶梯型桥臂电压,以减小桥臂电压的瞬时变化率dv/dt。搭建一台 3 kV/750 V 30 kW 谐振型直流变压器样机,每个桥臂采用6个SiC MOSFET串联。实验结果表明所提均压方法在各个工况下均能实现串联器件的动、静态均压,不均压度小于3 %,且在3 kV输入电压下峰值效率达98.4 %。     

A new structure of three-phase five-level inverter with nested two-level cells

This paper presents a new structure of three-phase five-level inverter with a single direct current (DC) source for low- and medium-voltage applications. The proposed configuration is built with a cascade connection of two-level cells in a nested form and owns the advantages of a reduced number of passive components, total blocking voltage of the switches, and isolated DC sources. In order to make this topology attractive, a comparison is made with five-level inverter topologies proposed for low- and medium-voltage applications in recent years. The proposed circuit is powered using a single DC source and an auxiliary voltage-balancing circuit (AVBC) to maintain the desired DC-link capacitor voltages. A sinusoidal pulse width modulation (SPWM) scheme is implemented in field-programmable gate array (FPGA), using Xilinx blocks developed in MATLAB/SIMULINK environment, to control the inverter switches. The performance of the proposed topology is verified through MATLAB simulation and prototype model for a step change in load. Finally, the experimental results are presented to validate the effectiveness of the proposed topology.