混合频率调制的策略及改进措施

对Ⅲ型ACHB 逆变器拓扑进行控制的混合频率调制（HF-PWM）策略是将阶梯波调制和PWM 调制相结合，高压单元采用低频的阶梯波调制，低压单元采用高频的PWM 调制。表4-6 所示给出了各输出相电压状态的变化情况。

表4-6　混合频率调制电压合成法

Ⅲ型ACHB 逆变器HF-PWM 只能实现部分PWM 调制，当相电压输出为－E～－2E 和E～2E 时无法实现PWM 调制，其原理如图4-14 所示。由图可见，利用高压单元H1 的调制信号 vm与±1 相调制可以得到S11、S21、S31、S41的触发脉冲信号，从而得到高压单元H1 的输出电压为 uH1。再由 vm减去 uH1来得到 H2 单元的调制信号 vref，最后利用 vref与三角载波 uc1、 uc1-相调制就可以得到高压单元中S12、S22、S32、S42的触发脉冲信号。H2单元输出的电压为 uH2，将 uH1和 uH2叠加得可得相电压uAN。

图4-14　混合频率调制策略原理图

由图4-14 可见，当采用传统HF-PWM 策略时，部分区间内会出现调制波 vref幅值超过三角载波幅值的超调现象，导致输出电压会出现局部方波，从而造成Ⅲ型ACHB 逆变器输出电压波形的低频次谐波大幅增加。表4-6 给出了各输出相电压状态的变化情况，由表4-6 可以进一步看出，Ⅲ型ACHB 逆变器HF-PWM 只能实现部分PWM 调制，当输出 uAN在[-2E，-E]和[E，2E]范围内时无法实现PWM 调制。针对该问题，本章提出了一种改进的混合频率调制（MHF-PWM）策略，其调制原理如表4-7 所示。(www.xing528.com)

表4-7 所示为改进MHF-PWM 策略下，各输出电压状态的变化情况。由表4-7 可以进一步看出，当Ⅲ型ACHB 逆变器输出 uAN在[-2E，-E]和[E，2E]范围内时，低压单元完全实现了PWM 调制，使得输出电压不存在局部方波，有效改善了Ⅲ型ACHB 多电平逆变器输出电压波形的质量。

表4-7　改进混合频率调制原理

MHF-PWM 策略下，高压单元采用正弦波 vm与一对正负反相的载波 vc2和vc2-进行SPWM 调制，从而得到高压单元各开关管的驱动逻辑信号。低压单元采用的是一种单极倍频的SPWM 调制方法，将调制波 vref与载波 vc1和 vc1-进行逻辑关系运算，从而得到低压单元各开关管的驱动脉冲信号。其中，载波 vc1和 vc1-的幅值为E，频率均为 vc2的1/2，相位互差180°，由于 vc1和 vc1-具有载波移相的特点，因此H2 能够以较低的开关频率输出高频PWM 波形，具体情况如图4-15 所示。

图4-15　MHF-PWM 调制原理图

由图4-15 可见，与HF-PWM 策略相比，调制波vref幅值的下降减少了调制波与三角载波的超调程度，从而使得输出电压不存在局部方波，因此有效解决了Ⅲ型ACHB 逆变器HF-PWM 只能实现部分PWM 调制的问题，改善了逆变器输出电压波形的质量，并且通过逻辑运算使得低压单元的等效开关频率加倍，从而避免了在混合频率调制下由于高压单元频率降低而带来的输出电压谐波特性相对较差的问题。