直流电压隔离的多个H桥变流电路级联输出方案

图2-37 H桥级联多电平变流电路(www.xing528.com)

图2-37a是单相H桥电路，输出电压可有三种电平：S₁、S₂导通（S₂、S₃关断）时，vao=V_d；当S₂、S₃导通（S₁、S₄关断）时，v_ab=-V_d；当S₁、S₂导通（或S₃、S₄导通）时，无论i为正或负，都是v_ab=0。因此，图2-37a中的H桥电路是输出三电平电压的变流电路（+V_d、0、-V_d），与图2-30的一相（半桥）二电平变流电路相比，H桥电路多了一个开关支路、多了两个全控型开关管，使输出电压v_ab可以获得零电平（v_ab=0），且输出电压为单极性电压，脉宽可控，电压基波、谐波都可控。图2-37b所示两个H桥级联（级联数P=2）电路中，若第一个H桥输出脉宽θ₁的单脉波，第二个H桥可输出脉宽为θ₂的单脉波，总的输出电压v_a=v_a1+v_a2，这是一个五电平电压（+2V_d、V_d、0、-V_d和-2V_d）的。改变θ₁、θ₂可调控输出电压的基波和谐波。如果P个H桥级联，总开关数为n=4P。图2-37c示出了级联数P=5，电平数m=2P+1=n/2+1=11，如果级联数P很多，则总输出电压阶梯数很多，输出电压只要适当控制各H桥的脉宽和相位，总输出电压能逼进正弦波。图2-37b中各个H桥的输出电压也可是3个或5个脉波，各个H桥的直流电压V_d1、V_d2也可不相同，而使级联后的输出电压大小和波形控制更灵活有效，当然各H桥的直流电压V_d1、V_d2必须隔离。三个相差120°的H桥级联（链式）单相电路可组成一个高压、大容量的三相逆变器，也可成为一个较大容量的电力电子补偿控制，例如静止型无功功率补偿器（STATCOM）、静止同步串联补偿器（SSSC），并联和串联有源电力滤波器等。如果级联数P较多，例如P=8，电平数n=2P+1=17，每个H桥即使是单脉波输出、开关频率较低的情况下，也可使交流输出波形逼近正弦波。