第25卷 第1期 2005年1月 中 国 电 机 工 程 学 报

Proceedings of the CSEE Vol.25 No.1 Jan. 2005

©2005 Chin.Soc.for Elec.Eng.

(2005) 01-0073-04 中图分类号：TM464 文献标识码：A 学科分类号：470 40 文章编号：0258-8013

SPWM控制单相三电平逆变器

王学华， 阮新波

(南京航空航天大学航空电源重点实验室，江苏省 南京市 210016)

SPWM CONTROL SINGLE-PHASE THREE-LEVEL INVERTER

WANG Xue-hua， RUAN Xin-bo

(Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, Jiangsu Province, China)

ABSTRACT：A novel single-phase neutral-point-clamped (NPC) Three-Level (TL) voltage source inverter (VSI) is proposed. The size of the output filter can be reduced greatly, and the voltage stress on the switches of the TL leg can be reduced to half of the input voltage. In this paper, it is detailed to analyze the SPWM controlling strategy and introduce a kind of output current feed-forward circuit. By adding this compensatory circuit, the output character of the inverter is improved. A 1kVA prototype is built to verify the validity of the proposed inverter.

KEY WORDS：Power electrics；Inverter; Three-Level; SPWM; Feed-forward

摘要：该文提出了一种单相中点箝位电压源型三电平逆变器。可以减小输出滤波器的尺寸。同时，三电平桥臂开关管的电压应力可以减小为输入电压的一半。文中详细分析了该变换器的SPWM控制策略，并且介绍了一种负载电流前馈电路。通过加入这种前馈电路，可以提高逆变器的输出电压外特性。通过一台1kVA的原理样机，验证了该变换器的优点和负载电流前馈方法的有效性。

关键词：逆变器；电力电子；三电平；SPWM；前馈

Vin

个三电平桥臂组成，该拓扑的优点是，每只开关管

的电压应力均是输入电压的一半，但该电路由于开关管数目多，因此产生输出电平的开关状态也增多，使控制变得复杂。

本文提出一种复合式单相全桥中点箝位三电平逆变器电路，它是由1个三电平桥臂和1个两电平桥臂组合而成的，比起两个桥臂都采用三电平而言，其控制简单，容易实现，适合于中小功率场合的单相逆变器。图1为该电路的拓扑结构。

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图1 复合式全桥三电平逆变器拓扑

Fig. 1 Hybrid full bridge three-level inverter

2 模态分析

在分析各种模态之前，我们首先定义3种电平和电感电流的方向，如图1所示，设母线电压为Vin，两个桥臂间的电压为vAB。当vAB输出为±Vin、±Vin/2、0时分别定义为1、1/2、0电平。为分析方便，把0电平分为+0和 0两种，当vAB=0且在Vin/2和0电平之间切换时定义为+0电平；当vAB=0且在 Vin/2和0电平之间切换时定义为 0电平。同时定义，电感电流由A点流向B点为电感电流的正方向。根据vAB的6种输出状态和流过电感电流的方向，可得如图2所示的12个工作状态，根据开关管的导通情况将其分为6种开关模态。以下为对这6种开关模

1 引言

由于三电平逆变器可以减小输出电压的THD、减小输出滤波器的尺寸以及降低开关管的电压应力，所以在交流调速和UPS中，越来越多的开始应用三电平技术[1~7]。文[8]提出了一种基于传统全桥的改进型单相三电平逆变器，该电路是通过2个分压电容将输入电压分为4个相等的电压，增加了1个开关管和2个整流二极管的辅助网络，通过控制辅助开关管得到三电平的输出电压。该电路的缺点是4只主开关管电压应力仍为输入电压。文[9]中提出了一种单相中点箝位型三电平逆变器，它是由两