1 引言

H桥" title="H桥">H桥级联型多电平变换器采用多个功率单元串联的方法来实现高压输出，其输出多采用多电平移相式PWM" title="PWM">PWM控制方式，以实现较低的输出电压谐波，较小的dv/dt和共模电压及较小的转矩脉动。为实现高压，只需简单的增加单元数即可，该种实现方式的技术难度小。每个功率单元都是分离的直流电源，之间是彼此独立的，对一个单元的控制不会影响其他单元。H桥级联型逆变器" title="逆变器">逆变器与单桥逆变器的实现方式主要区别在于PWM的控制方式上，本文对H桥级联型逆变器的PWM控制方式进行探讨。

2 H桥级联型逆变器结构

每个功率单元都是一个独立的直流电源，其设计方式如下图1所示：
 

图1 功率单元结构框图

根据上图对功率单元的描述可知，此种实现方式的功率单元可以产生三种电平，即+Udc、0、-Udc。当S1和S4导通，S2和S3关闭时，负载得到电压+Udc;当S2和S3导通，S1和S4关闭时，负载得到电压-Udc;当S1和S3（或S2和S4）导通，S2和S4（或S1和S3）关闭时，负载得到电压0（注意：在控制的过程中，要严格避免同一桥臂两功率器件同时导通，即同一桥臂的两路控制信号要求是反向的）。因此可见，当使用不同的PWM控制策略，便可以产生不同的PWM波形。

3 载波移相控制理论

一般来说，N电平的逆变器调制，需要N-1个三角载波。载波移相调制法中，所有三角波均具有相同的频率和幅值，但是任意两个相邻载波的相位要有一定的相移，其值为
 

调制信号通常为幅值和频率都可调节的三相正弦信号。通过调制波和载波的比较，可以产生所需要的开关器件的驱动信号[1]。

4 PWM控制策略

变频器通常以正弦波的方式输出，对于单相桥而言，其输出通常可分为单极性调制和双极性调制两种方式（限于篇幅，具体实现方式见参考文献）。而基于H桥方式的逆变器，同样也可以输出类似于单相桥输出的波形，其PWM控制策略应稍作调整。单极性调制和双极性调制两种方式输出的波形在性能上有所区别，由于单极性调制可以输出三个电平，而双极性调制只能输出两个电平，因此双极性调制的dv/dt较大，对电机绝缘冲击大。在产品设计过程中，通常采用单极性调制波形作为最终的输出波形。本文以H桥级联型逆变器的结构和采用载波移相法产生的SPWM作为各功率单元的控制信号为基础，来实现单极性SPWM波形的输出。下面对几种PWM控制策略进行探讨和研究：

1）单桥臂斩波：所谓的单桥臂斩波法即是S1和S2作为半周期控制信号，当正半周期时S1导通，S2关闭;当负半周期时S1关闭，S2导通;S3的控制信号为SPWM信号，
 

图2 S3的控制信号波形

图3 S1的控制信号波形

图4 功率单元输出波形

S4的控制信号与S3的控制信号相反。通过这样的控制，便可以输出如图4所示的波形，虽然其输出波形与单相桥的单极性调制输出的波形类似，dv/dt较小，但是这个方式导致两桥臂的功率不均衡。