CN203761293U - 一种单相三电平逆变器中点电位平衡控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单相三电平逆变器中点电位平衡控制器，所述单相三电平逆变器包括逆变器控制回路以及带有开关器件控制端口的逆变器主回路，其中，所述逆变器主回路包括：具有第一左开关器件至第四左开关器件的左桥臂，以及具有第一右开关器件至第四右开关器件的右桥臂，所述控制器包括：与所述逆变器主回路连接的电压/电流检测单元；与所述电压/电流检测单元连接的中点电位平衡控制单元；以及与所述中点电位平衡控制单元连接的脉冲控制单元。本实用新型的控制器在逆变器动作的同时起作用，既不增加大功率器件，不会过多增加产品成本和体积，又达到了实时抑制中点电位偏移的目的。

Description

一种单相三电平逆变器中点电位平衡控制器

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种单相三电平逆变器中点电位平衡控制器。

背景技术

众所周知，三电平结构具有减小输出电压谐波含量、提高输出电压等级、减小输出滤波器尺寸以及降低开关管承受的电压应力等优点，因此，近年来越来越多的被应用在交流调压、调速以及UPS等领域，并逐渐成为研究的热点课题。

然而，电容均压问题一直是制约三电平结构电路应用的重要障碍，其中，直流母线电压中点电位偏移会影响输出电压的对称性、提高主开关管的耐压要求、增大输出电压谐波含量、使三电平各项优点向两电平退化。因此，三电平逆变器研究中的一个重要课题就是中点电位的平衡控制。

在现有技术的三电平逆变器中点电位平衡控制方面，中国专利《一种抑制三电平逆变器中点电位偏移装置》（专利号ZL201220448570.3），公开了一种抑制三电平逆变器中点电位偏移的装置，该装置在硬件上需要添加较多大功率元器件，包括IGBT、二极管和电感等，从而增加了整个逆变器的体积，并且该装置的硬件成本会随着逆变器功率等级的提高而增加。

另外，中国专利申请《NPC三电平结构中直流侧中点电位平衡的控制方法》（申请号201310312771.X），公开了一种NPC三电平结构直流侧中点电位平衡的控制方法，该方法以空间矢量脉宽调制（SVPWM）中各扇区冗余小矢量为调节手段，计算出一个开关周期内冗余小矢量作用时间的分配比例，以此对中点电位进行控制，该专利申请的控制算法复杂，增加了软件开销。

因此，三电平逆变器中点电位平衡控制领域亟需一种既能有效抑制中点电位偏移又不会过多增加产品成本和体积的控制装置。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种单相三电平逆变器中点电位平衡控制器，以实现既能有效抑制中点电位偏移又不会过多增加产品成本和体积的目的。

本实用新型所述的一种单相三电平逆变器中点电位平衡控制器，所述单相三电平逆变器包括逆变器控制回路以及带有开关器件控制端口的逆变器主回路，其中，所述逆变器主回路包括：具有第一左开关器件至第四左开关器件的左桥臂，以及具有第一右开关器件至第四右开关器件的右桥臂，其特征在于，所述控制器包括：

与所述逆变器主回路连接的电压/电流检测单元，其采集所述逆变器主回路的直流母线电压信号、中点电压信号、流过负载的负载电流信号以及零点电流信号，并予以输出；

与所述电压/电流检测单元连接的中点电位平衡控制单元，其接收所述直流母线电压信号、中点电压信号、负载电流信号以及零点电流信号，并输出相应的平衡使能信号；以及

与所述中点电位平衡控制单元连接的脉冲控制单元，其接收所述平衡使能信号以及所述逆变器控制回路输出的分别与所述第一左开关器件至第四左开关器件以及第一右开关器件至第四右开关器件对应的第一左调制信号至第四左调制信号以及第一右调制信号至第四右调制信号，并向所述开关器件控制端口输出用于对中点电位进行平衡控制的第一左修正调制信号至第四左修正调制信号以及第一右修正调制信号至第四右修正调制信号。

在上述的单相三电平逆变器中点电位平衡控制器中，

所述中点电位平衡控制单元包括：

信号比较电路，其接收所述直流母线电压信号、中点电压信号、负载电流信号以及零点电流信号，并输出中点电位过高信号、中点电位过低信号以及负载电流方向信号；

与所述信号比较电路连接的修正选择电路，其接收所述中点电位过高信号、中点电位过低信号以及负载电流方向信号，并输出所述平衡使能信号；

所述脉冲控制单元包括：

逻辑判断电路，其接收所述平衡使能信号以及所述逆变器控制回路输出的分别与所述第一左开关器件至第四左开关器件以及第一右开关器件至第四右开关器件对应的第一左调制信号至第四左调制信号以及第一右调制信号至第四右调制信号，并输出多路选择信号；

与所述逻辑判断电路连接的调制信号修正电路，其接收所述多路选择信号、所述第一左调制信号至第四左调制信号以及第一右调制信号至第四右调制信号，并输出所述第一左修正调制信号至第四左修正调制信号以及第一右修正调制信号至第四右修正调制信号。

在上述的单相三电平逆变器中点电位平衡控制器中，所述信号比较电路包括：

第一比较器，其正输入端接收所述中点电压信号，其负输入端一方面通过第一电阻接收所述直流母线电压信号，另一方面通过第二可调电阻接地，其输出端输出所述中点电位过高信号；

第二比较器，其负输入端接收所述中点电压信号，其正输入端一方面通过第三电阻接收所述直流母线电压信号，另一方面通过第四可调电阻接地，其输出端输出所述中点电位过低信号；以及

第三比较器，其正输入端接收所述负载电流信号，其负输入端接收所述零点电流信号，其输出端输出所述负载电流方向信号。

在上述的单相三电平逆变器中点电位平衡控制器中，所述修正选择电路包括：

第一非门，其输入端与所述第一比较器的输出端连接；

第二非门，其输入端与所述第二比较器的输出端连接；

第三非门，其输入端与所述第三比较器的输出端连接；

第一与门，其第一输入端与所述第一非门的输出端连接，其第二输入端与所述第二比较器的输出端连接，其第三输入端与所述第三比较器的输出端连接，其输出端输出所述平衡使能信号；

第二与门，其第一输入端与所述第一比较器的输出端连接，其第二输入端与所述第二非门的输出端连接，其第三输入端与所述第三比较器的输出端连接，其输出端输出所述平衡使能信号；

第三与门，其第一输入端与所述第一非门的输出端连接，其第二输入端与所述第二比较器的输出端连接，其第三输入端与所述第三非门的输出端连接，其输出端输出所述平衡使能信号；以及

第四与门，其第一输入端与所述第一非门的输出端连接，其第二输入端与所述第二比较器的输出端连接，其第三输入端与所述第三比较器的输出端连接，其输出端输出所述平衡使能信号。

在上述的单相三电平逆变器中点电位平衡控制器中，所述逻辑判断电路包括：

第一或门，其一个输入端与所述第一与门的输出端连接，其另一个输入端与所述第四与门的输出端连接；

第二或门，其一个输入端与所述第二与门的输出端连接，其另一个输入端与所述第三与门的输出端连接；

第五与门，其第一输入端通过一非门接收所述第一左调制信号，其第二至第三输入端分别接收所述第二至第三左调制信号，其第四至第六输入端分别通过一非门接收所述第四左调制信号和第一至第二右调制信号，其第七至第八输入端分别接收所述第三至第四右调制信号，其第九输入端与所述第一或门的输出端连接；

第六与门，其第一输入端通过一非门接收所述第一左调制信号，其第二至第三输入端分别接收所述第二至第三左调制信号，其第四输入端通过一非门接收所述第四左调制信号，其第五至第六输入端分别接收所述第一至第二右调制信号，其第七至第八输入端分别通过一非门接收所述第三至第四右调制信号，其第九输入端与所述第一或门的输出端连接；

第七与门，其第一至第二输入端分别接收第一至第二左调制信号，其第三至第五输入端分别通过一非门接收所述第三至第四左调制信号和第一右调制信号，其第六至第七输入端分别接收所述第二至第三右调制信号，其第八输入端通过一非门接收所述第四右调制信号，其第九输入端与所述第二或门的输出端连接；

第八与门，其第一至第二输入端分别通过一非门接收所述第一至第二左调制信号，其第三至第四输入端分别接收所述第三至第四左调制信号，其第五输入端通过一非门接收所述第一右调制信号，其第六至第七输入端分别接收所述第二至第三右调制信号，其第八输入端通过一非门接收所述第四右调制信号，其第九输入端与所述第二或门的输出端连接；以及

8-3编码器，其第一至第四输入端分别与第五至第八与门的输出端连接，其第五至第八输入端接地，其输出端输出所述多路选择信号。

在上述的单相三电平逆变器中点电位平衡控制器中，所述调制信号修正电路包括：分别与所述8-3编码器的输出端连接的第一至第八8-1数据选择器，其中，

所述第一8-1数据选择器的第一至第二输入端分别接收所述第一左调制信号，其第三至第五输入端通过一非门接收所述第一左调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第一左修正调制信号；

所述第二8-1数据选择器的第一至第二输入端以及第四至第五输入端分别接收所述第二左调制信号，其第三输入端通过一非门接收所述第二左调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第二左修正调制信号；

所述第三8-1数据选择器的第一输入端以及第三至第五输入端分别接收所述第三左调制信号，其第二输入端通过一非门接收所述第三左调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第三左修正调制信号；

所述第四8-1数据选择器的第一输入端以及第三输入端分别接收所述第四左调制信号，其第二输入端以及第四至第五输入端通过一非门接收所述第四左调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第四左修正调制信号；

所述第五8-1数据选择器的第一输入端以及第五输入端分别接收所述第一右调制信号，其第二至第四输入端通过一非门接收所述第一右调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第一右修正调制信号；

所述第六8-1数据选择器的第一至第三输入端以及第五输入端分别接收所述第二右调制信号，其第四输入端通过一非门接收所述第二右调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第二右修正调制信号；

所述第七8-1数据选择器的第一至第四输入端分别接收所述第三右调制信号，其第五输入端通过一非门接收所述第三右调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第三右修正调制信号；

所述第八8-1数据选择器的第一输入端以及第四输入端分别接收所述第四右调制信号，其第二至第三输入端以及第五输入端通过一非门接收所述第四右调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第四右修正调制信号。

由于采用了上述的技术解决方案，本实用新型嵌入在普通单相三电平结构逆变器的控制回路和主回路之间，对原逆变器的调制信号进行修正，具体来说，通过中点电位平衡控制单元根据逆变器的直流母线电压和中点电压的大小以及负载电流的正负输出相应的平衡使能信号，并配合脉冲控制单元根据该平衡使能信号对逆变器原调制信号进行修正，从而在逆变器输出正常工作电压的同时对中点电位进行平衡控制。由于本实用新型均由硬件实现，无须编程，不会增加软件开销，且并未采用没有功率器件，因此不会过多增加逆变器体积和硬件成本，也不受逆变器功率等级影响；本控制器实用性强，可适用于各种单相三电平逆变器产品和级联高压变频器产品，可以有效的将直流母线中点电位漂移控制在合适的范围内。

附图说明

图1是本实用新型一种单相三电平逆变器中点电位平衡控制器的结构框图；

图2是本实用新型中中点电位平衡控制单元的硬件结构图；

图3是单相三电平逆变器双载波SPWM调制方式示意图；

图4是本实用新型中脉冲控制单元的硬件结构图；

图5是本实用新型的脉冲控制单元中逻辑判断电路的结构图；

图6是本实用新型的脉冲控制单元中调制信号修正电路的结构图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述。

请参阅图1-6，本实用新型，即一种单相三电平逆变器中点电位平衡控制器，单相三电平逆变器包括逆变器控制回路10以及带有开关器件控制端口（未示出）的逆变器主回路20，其中，逆变器主回路20包括：具有第一左开关器件L1至第四左开关器件L4的左桥臂，以及具有第一右开关器件R1至第四右开关器件R4的右桥臂，本实用新型的控制器包括：

与逆变器主回路20连接的电压/电流检测单元1，其采集逆变器主回路20的直流母线电压信号UPN、中点电压信号UON、流过负载30的负载电流信号Iout以及零点电流信号I0，并予以输出；

与电压/电流检测单元1连接的中点电位平衡控制单元2，其具体包括：

信号比较电路21，其接收直流母线电压信号UPN、中点电压信号UON、负载电流信号Iout以及零点电流信号I0，并输出中点电位过高信号A、中点电位过低信号B以及负载电流方向信号C；

与信号比较电路21连接的修正选择电路22，其接收中点电位过高信号A、中点电位过低信号B以及负载电流方向信号C，并输出相应的平衡使能信号；

与中点电位平衡控制单元2连接的脉冲控制单元3，其具体包括：

逻辑判断电路31，其接收平衡使能信号以及逆变器控制回路10输出的分别与第一左开关器件L1至第四左开关器件L4以及第一右开关器件R1至第四右开关器件R4对应的第一左调制信号OL1至第四左调制信号OL4以及第一右调制信号OR1至第四右调制信号OR4（即原调制信号），并输出多路选择信号D、E、F；

与逻辑判断电路31连接的调制信号修正电路32，其接收多路选择信号D、E、F、第一左调制信号OL1至第四左调制信号OL4以及第一右调制信号OR1至第四右调制信号OR4，并向开关器件控制端口输出用于对中点电位进行平衡控制的第一左修正调制信号NL1至第四左修正调制信号NL4以及第一右修正调制信号NR1至第四右修正调制信号NR4（即新调制信号）。

如图2所示，在本实施例中，信号比较电路21具体包括：

第一比较器211，其正输入端接收中点电压信号UON，其负输入端一方面通过第一电阻r1接收直流母线电压信号UPN，另一方面通过第二可调电阻r2接地，其输出端输出中点电位过高信号A；

第二比较器212，其负输入端接收中点电压信号UON，其正输入端一方面通过第三电阻r3接收直流母线电压信号UPN，另一方面通过第四可调电阻r4接地，其输出端输出中点电位过低信号B；以及

第三比较器213，其正输入端接收负载电流信号Iout，其负输入端接收零点电流信号I0，其输出端输出负载电流方向信号C。

在本实施例中，修正选择电路22具体包括：

第一非门221，其输入端与第一比较器211的输出端连接；

第二非门222，其输入端与第二比较器212的输出端连接；

第三非门223，其输入端与第三比较器213的输出端连接；

第一与门224，其第一输入端与第一非门221的输出端连接，其第二输入端与第二比较器212的输出端连接，其第三输入端与第三比较器213的输出端连接，其输出端输出平衡使能信号；

第二与门225，其第一输入端与第一比较器211的输出端连接，其第二输入端与第二非门222的输出端连接，其第三输入端与第三比较器213的输出端连接，其输出端输出平衡使能信号；

第三与门226，其第一输入端与第一非门221的输出端连接，其第二输入端与第二比较器212的输出端连接，其第三输入端与第三非门223的输出端连接，其输出端输出平衡使能信号；以及

第四与门227，其第一输入端与第一非门221的输出端连接，其第二输入端与第二比较器212的输出端连接，其第三输入端与第三比较器213的输出端连接，其输出端输出平衡使能信号。

如图5所示，在本实施例中，逻辑判断电路31具体包括：

第一或门311，其一个输入端与第一与门224的输出端连接，其另一个输入端与第四与门227的输出端连接；

第二或门312，其一个输入端与第二与门225的输出端连接，其另一个输入端与第三与门226的输出端连接；

第五与门313，其第一输入端通过一非门接收第一左调制信号OL1，其第二至第三输入端分别接收第二至第三左调制信号OL2-OL3，其第四至第六输入端分别通过一非门接收第四左调制信号OL4和第一至第二右调制信号OR1-OR2，其第七至第八输入端分别接收第三至第四右调制信号OR3-OR4，其第九输入端与第一或门311的输出端连接；

第六与门314，其第一输入端通过一非门接收第一左调制信号OL1，其第二至第三输入端分别接收第二至第三左调制信号OL2-OL3，其第四输入端通过一非门接收第四左调制信号OL4，其第五至第六输入端分别接收第一至第二右调制信号OR1-OR2，其第七至第八输入端分别通过一非门接收第三至第四右调制信号OR3-OR4，其第九输入端与第一或门311的输出端连接；

第七与门315，其第一至第二输入端分别接收第一至第二左调制信号OL1-OL2，其第三至第五输入端分别通过一非门接收第三至第四左调制信号OL3-OL4和第一右调制信号OR1，其第六至第七输入端分别接收第二至第三右调制信号OR2-OR3，其第八输入端通过一非门接收第四右调制信号OR4，其第九输入端与第二或门312的输出端连接；

第八与门316，其第一至第二输入端分别通过一非门接收第一至第二左调制信号OL1-OL2，其第三至第四输入端分别接收第三至第四左调制信号OL3-OL4，其第五输入端通过一非门接收第一右调制信号OR1，其第六至第七输入端分别接收第二至第三右调制信号OR2-OR3，其第八输入端通过一非门接收第四右调制信号OR4，其第九输入端与第二或门312的输出端连接；以及

8-3编码器317，其第一至第四输入端分别与第五至第八与门314-316的输出端连接，其第五至第八输入端接地，其输出端输出多路选择信号D、E、F。

如图6所示，在本实施例中，调制信号修正电路32具体包括：分别与8-3编码器317的输出端连接的第一至第八8-1数据选择器321-328，其中，

第一8-1数据选择器321的第一至第二输入端分别接收第一左调制信号OL1，其第三至第五输入端通过一非门接收第一左调制信号OL1，其第六至第八输入端接地，其输出端输出第一左修正调制信号NL1；

第二8-1数据选择器322的第一至第二输入端以及第四至第五输入端分别接收第二左调制信号OL2，其第三输入端通过一非门接收第二左调制信号OL2，其第六至第八输入端接地，其输出端输出第二左修正调制信号NL2；

第三8-1数据选择器323的第一输入端以及第三至第五输入端分别接收第三左调制信号OL3，其第二输入端通过一非门接收第三左调制信号OL3，其第六至第八输入端接地，其输出端输出第三左修正调制信号NL3；

第四8-1数据选择器324的第一输入端以及第三输入端分别接收第四左调制信号OL4，其第二输入端以及第四至第五输入端通过一非门接收第四左调制信号OL4，其第六至第八输入端接地，其输出端输出第四左修正调制信号NL4；

第五8-1数据选择器325的第一输入端以及第五输入端分别接收第一右调制信号OR1，其第二至第四输入端通过一非门接收第一右调制信号OR1，其第六至第八输入端接地，其输出端输出第一右修正调制信号NR1；

第六8-1数据选择器326的第一至第三输入端以及第五输入端分别接收第二右调制信号OR2，其第四输入端通过一非门接收第二右调制信号OR2，其第六至第八输入端接地，其输出端输出第二右修正调制信号NR2；

第七8-1数据选择器327的第一至第四输入端分别接收第三右调制信号OR3，其第五输入端通过一非门接收第三右调制信号OR3，其第六至第八输入端接地，其输出端输出第三右修正调制信号NR3；

第八8-1数据选择器328的第一输入端以及第四输入端分别接收第四右调制信号OR4，其第二至第三输入端以及第五输入端通过一非门接收第四右调制信号OR4，其第六至第八输入端接地，其输出端输出第四右修正调制信号NR4。

下面对本实用新型的工作原理进行详细说明。

本实用新型嵌入在普通单相三电平结构逆变器的控制回路和主回路之间，主要用于对原逆变器的调制信号进行修正。

本实用新型中的电压/电流检测单元1采用常规电阻分压和电流CT的硬件组成方案，主要用于获取直流母线电压信号UPN、中点电压信号UON、流过负载的负载电流信号Iout以及零点电流信号I0。该电压/电流检测单元1的输入端连接到单相三电平逆变器直流母线两端、母线中点和负载输出线路中，输出端连接到中点电位平衡控制单元2。特别的，电流CT接线时需要注意负载电流正方向，图1中所示Iout的方向即为电流正方向。

本实用新型中的中点电位平衡控制单元2主要用于对直流母线电压信号UPN、中点电压信号UON和负载电流信号Iout进行判断，从而得到对SPWM调制信号的平衡使能信号，具体来说：

信号比较电路21用于给出直流母线中点电位偏移信号（即中点电位过高信号A和中点电位过低信号B）和负载电流方向信号C，其原理是，

利用集成放大电路将检测到的中点电压信号UON与直流母线电压信号UPN进行比较，若中点电压向上超出逆变器允许的波动范围（UON≥[r2/(r1+r2)]*UPN），则给出中点电位过高信号A=1；若中点电压向下超出逆变器允许的波动范围（UON≤[r3/(r3+r4)]*UPN），则给出中点电位过低信号B=1；若中点电压在稳定范围（[r3/(r3+r4)]*UPN＜UON＜[r2/(r1+r2)]*UPN），则中点电位过高信号A和中点电位过低信号B均为0（即表示中点电位无异常）。图2中的第二可调电阻r2和第四可调电阻R4可根据用户需要调节变频器允许的波动范围：[r2/(r1+r2)]*UPN是逆变器允许波动范围上限，[r3/(r3+r4)]*UPN是逆变器允许波动范围下限。信号比较电路21还利用集成放大电路将检测到的负载电流Iout与零点电流信号I0进行比较，若负载电流Iout大于等于0（即Iout≥I0），则给出负载电流方向信号C=1；若负载电流Iout小于0（即Iout＜I0），则给出负载电流方向信号C=0。

修正选择电路22根据直流母线中点电位偏移信号（即中点电位过高信号A和中点电位过低信号B）和负载电流方向信号C，生成相应的平衡使能信号（即选择合适的调制信号修正方案），该修正选择电路22主要是利用逻辑门电路实现，其原理是，

若负载电流为正且需要提高中点电位（即A=0、B=1、C=1），则第一与门224输出的平衡使能信号为1（即表示选择修正方案1），其余3个与门输出的平衡使能信号为0；

若负载电流为正且需要降低中点电位（即A=1、B=0、C=1），则第二与门225输出的平衡使能信号为1（即表示选择修正方案2），其余3个与门输出的平衡使能信号为0；

若负载电流为负且需要提高中点电位（即A=0,、B=1、C=0），则第三与门226输出的平衡使能信号为1（即表示选择修正方案3），其余3个与门输出的平衡使能信号为0；

若负载电流为负且需要降低中点电位（即A=1、B=0、C=0），则第四与门227输出的平衡使能信号为1（即表示选择修正方案4），其余3个与门输出的平衡使能信号为0；

下面对修正方案1～4的修正原理进行详细说明：

如图1所示单相三电平逆变器主回路，其每个桥臂有三种有效状态，用三态开关Sx（x=L、R）表示，Sx=P表示开关器件1、2开通，开关器件3、4关断；Sx=O表示开关器件2、3开通，开关器件1、4关断；Sx=N表示开关器件3、4开通，开关器件1、2关断；例如SL=P表示第一至第二左开关器件L1、L2开通，第三至第四左开关器件L3、L4关断。三电平逆变器共有九种有效的左右桥臂组合开关状态，其中PO（即SL=P、SR=O）、ON、OP、NO四个状态会影响中点电位（此处将其暂称为中间开关状态）。这四种中间开关状态对中点电位的影响与负载电流方向有关：负载电流Iout为正时，PO和NO状态会对母线中点注入电流，提高中点电位，OP和ON状态会从母线中点流出电流，降低中点电位；负载电流Iout为负时则相反，PO和NO状态会降低中点电位，OP和ON状态会提高中点电位。因此，修正方案1～4就是根据当前中点电位状态和负载电流方向，选择合适的中间开关状态互相替换。由于单相三电平逆变器有多种SPWM调制方法，具体的修正方案需要根据具体的调制方法来确定。

下面以本实施例中的双载波SPWM调制方式为例进行说明

如图3所示是单相三电平逆变器双载波SPWM调制方式。根据SPWM调制方式的工作原理，在一个调制周期的前半周期，只有OO、ON、PO、PN四种开关状态，其中ON和PO是可调节中点电位的中间开关状态，且在前半周期会交替出现；同理，调制波后半周期的四个开关状态为OO、OP、NO和NP，其中OP和NO是可调节中点电位的中间开关状态，且在后半周期会交替出现。综上可以得到以下修正方案：

修正方案1——用PO状态替代ON状态，用NO状态替代OP状态，用以提高中点电位；

修正方案2——用ON状态替代PO状态，用OP状态替代NO状态，用以降低中点电位；

修正方案3——用ON状态替代PO状态，用OP状态替代NO状态，用以提高中点电位；

修正方案4——用PO状态替代ON状态，用NO状态替代OP状态，用以降低中点电位。

因此，当第一至第四与门224-227中的一个输出为1的平衡使能信号（其他三个与门输出的平衡使能信号为0）时，即表示本控制器已对逆变器的中点电位的异常状态进行了了解，并且选择了针对这种情况的修正方案，接着便可以通过下述针对各修正方案的逻辑门电路对逆变器的原调制信号进行具体修正操作了；而当第一至第四与门224-227输出的平衡使能信号均为0时，则表示逆变器的中点电位正常。

本实用新型中的脉冲控制单元3根据中点电位平衡控制单元2输出的平衡使能信号（即所选择的修正方案），对三电平逆变器SPWM调制信号进行修正，在逆变器输出正常工作电压的同时对中点电位进行平衡控制。具体来说：

逻辑判断电路31，根据平衡使能信号和原三电平逆变器的调制信号（即第一左调制信号OL1至第四左调制信号OL4以及第一右调制信号OR1至第四右调制信号OR4），生成多路选择信号D、E、F，其主要是利用逻辑门电路和8-3编码器317进行逻辑判断：由上可知，在四个修正方案中，当原调制信号出现中间开关状态时，需要进行相互替换，而出现其他状态时，则仍需保持原调制信号，为此需要将四个平衡使能信号（1个信号为1，其余3个信号为0）和8个原三电平逆变器调制信号进行综合逻辑判断：

当平衡使能信号均为0（即没有修正方案使能）或原调制信号未出现中间开关状态时，8-3编码器317输出的多路选择信号为000（即D=0、E=0、F=0）；

当第一与门224或第四与门227输出的平衡使能信号为1（即修正方案1或4使能）并且原调制信号为ON状态时，8-3编码器317输出的多路选择信号为001（即D=0、E=0、F=1）；

当第一与门224或第四与门227输出的平衡使能信号为1（即修正方案1或4使能）并且原调制信号为OP状态时，8-3编码器317输出的多路选择信号为010（即D=0、E=1、F=0）；

当第二与门225或第三与门226输出的平衡使能信号为1（即修正方案2或3使能）并且原调制信号为PO状态时，8-3编码器317输出的多路选择信号为011（即D=0、E=1、F=1）；

当第二与门225或第三与门226输出的平衡使能信号为1（即修正方案2或3使能）并且原调制信号为NO状态时，8-3编码器317输出的多路选择信号为100（即D=1、E=0、F=0）。

调制信号修正电路32主要根据上述多路选择信号D、E、F，选择新的调制信号（即第一左修正调制信号NL1至第四左修正调制信号NL4以及第一右修正调制信号NR1至第四右修正调制信号NR4）并输出给主回路开关器件控制端口，其主要是利用逻辑门电路和第一至第八8-1数据选择器321-328进行数据选择：

若多路选择信号D、E、F为000，则保持原调制信号不变；

若多路选择信号D、E、F为001，则输出新调制信号为PO状态；

若多路选择信号D、E、F为010，则输出新调制信号为NO状态；

若多路选择信号D、E、F为011，则输出新调制信号为ON状态；

若多路选择信号D、E、F为100，则输出新调制信号为OP状态。

由于上述通过8-1数据选择器改变调制信号状态的技术均为本领域公知的常规技术，因此，此处不再赘述。

至此，脉冲控制单元3的输出的新的调制信号即可用于对中点电位进行平衡控制。

综上所述，本实用新型的控制器在逆变器动作的同时起作用，既不增加大功率器件，不会过多增加产品成本和体积，又达到了实时抑制中点电位偏移的目的。

以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (6)

1.一种单相三电平逆变器中点电位平衡控制器，所述单相三电平逆变器包括逆变器控制回路以及带有开关器件控制端口的逆变器主回路，其中，所述逆变器主回路包括：具有第一左开关器件至第四左开关器件的左桥臂，以及具有第一右开关器件至第四右开关器件的右桥臂，其特征在于，所述控制器包括：

与所述逆变器主回路连接的电压/电流检测单元，其采集所述逆变器主回路的直流母线电压信号、中点电压信号、流过负载的负载电流信号以及零点电流信号，并予以输出；

与所述电压/电流检测单元连接的中点电位平衡控制单元，其接收所述直流母线电压信号、中点电压信号、负载电流信号以及零点电流信号，并输出相应的平衡使能信号；以及

与所述中点电位平衡控制单元连接的脉冲控制单元，其接收所述平衡使能信号以及所述逆变器控制回路输出的分别与所述第一左开关器件至第四左开关器件以及第一右开关器件至第四右开关器件对应的第一左调制信号至第四左调制信号以及第一右调制信号至第四右调制信号，并向所述开关器件控制端口输出用于对中点电位进行平衡控制的第一左修正调制信号至第四左修正调制信号以及第一右修正调制信号至第四右修正调制信号。

2.根据权利要求1所述的单相三电平逆变器中点电位平衡控制器，其特征在于，

所述中点电位平衡控制单元包括：

信号比较电路，其接收所述直流母线电压信号、中点电压信号、负载电流信号以及零点电流信号，并输出中点电位过高信号、中点电位过低信号以及负载电流方向信号；

与所述信号比较电路连接的修正选择电路，其接收所述中点电位过高信号、中点电位过低信号以及负载电流方向信号，并输出所述平衡使能信号；

所述脉冲控制单元包括：

逻辑判断电路，其接收所述平衡使能信号以及所述逆变器控制回路输出的分别与所述第一左开关器件至第四左开关器件以及第一右开关器件至第四右开关器件对应的第一左调制信号至第四左调制信号以及第一右调制信号至第四右调制信号，并输出多路选择信号；

与所述逻辑判断电路连接的调制信号修正电路，其接收所述多路选择信号、所述第一左调制信号至第四左调制信号以及第一右调制信号至第四右调制信号，并输出所述第一左修正调制信号至第四左修正调制信号以及第一右修正调制信号至第四右修正调制信号。

3.根据权利要求2所述的单相三电平逆变器中点电位平衡控制器，其特征在于，所述信号比较电路包括：

第一比较器，其正输入端接收所述中点电压信号，其负输入端一方面通过第一电阻接收所述直流母线电压信号，另一方面通过第二可调电阻接地，其输出端输出所述中点电位过高信号；

第二比较器，其负输入端接收所述中点电压信号，其正输入端一方面通过第三电阻接收所述直流母线电压信号，另一方面通过第四可调电阻接地，其输出端输出所述中点电位过低信号；以及

第三比较器，其正输入端接收所述负载电流信号，其负输入端接收所述零点电流信号，其输出端输出所述负载电流方向信号。

4.根据权利要求3所述的单相三电平逆变器中点电位平衡控制器，其特征在于，所述修正选择电路包括：

第一非门，其输入端与所述第一比较器的输出端连接；

第二非门，其输入端与所述第二比较器的输出端连接；

第三非门，其输入端与所述第三比较器的输出端连接；

第一与门，其第一输入端与所述第一非门的输出端连接，其第二输入端与所述第二比较器的输出端连接，其第三输入端与所述第三比较器的输出端连接，其输出端输出所述平衡使能信号；

第二与门，其第一输入端与所述第一比较器的输出端连接，其第二输入端与所述第二非门的输出端连接，其第三输入端与所述第三比较器的输出端连接，其输出端输出所述平衡使能信号；

第三与门，其第一输入端与所述第一非门的输出端连接，其第二输入端与所述第二比较器的输出端连接，其第三输入端与所述第三非门的输出端连接，其输出端输出所述平衡使能信号；以及

第四与门，其第一输入端与所述第一非门的输出端连接，其第二输入端与所述第二比较器的输出端连接，其第三输入端与所述第三比较器的输出端连接，其输出端输出所述平衡使能信号。

5.根据权利要求4所述的单相三电平逆变器中点电位平衡控制器，其特征在于，所述逻辑判断电路包括：

第一或门，其一个输入端与所述第一与门的输出端连接，其另一个输入端与所述第四与门的输出端连接；

第二或门，其一个输入端与所述第二与门的输出端连接，其另一个输入端与所述第三与门的输出端连接；

第五与门，其第一输入端通过一非门接收所述第一左调制信号，其第二至第三输入端分别接收所述第二至第三左调制信号，其第四至第六输入端分别通过一非门接收所述第四左调制信号和第一至第二右调制信号，其第七至第八输入端分别接收所述第三至第四右调制信号，其第九输入端与所述第一或门的输出端连接；

第六与门，其第一输入端通过一非门接收所述第一左调制信号，其第二至第三输入端分别接收所述第二至第三左调制信号，其第四输入端通过一非门接收所述第四左调制信号，其第五至第六输入端分别接收所述第一至第二右调制信号，其第七至第八输入端分别通过一非门接收所述第三至第四右调制信号，其第九输入端与所述第一或门的输出端连接；

第七与门，其第一至第二输入端分别接收第一至第二左调制信号，其第三至第五输入端分别通过一非门接收所述第三至第四左调制信号和第一右调制信号，其第六至第七输入端分别接收所述第二至第三右调制信号，其第八输入端通过一非门接收所述第四右调制信号，其第九输入端与所述第二或门的输出端连接；

第八与门，其第一至第二输入端分别通过一非门接收所述第一至第二左调制信号，其第三至第四输入端分别接收所述第三至第四左调制信号，其第五输入端通过一非门接收所述第一右调制信号，其第六至第七输入端分别接收所述第二至第三右调制信号，其第八输入端通过一非门接收所述第四右调制信号，其第九输入端与所述第二或门的输出端连接；以及

8-3编码器，其第一至第四输入端分别与第五至第八与门的输出端连接，其第五至第八输入端接地，其输出端输出所述多路选择信号。

6.根据权利要求5所述的单相三电平逆变器中点电位平衡控制器，其特征在于，所述调制信号修正电路包括：分别与所述8-3编码器的输出端连接的第一至第八8-1数据选择器，其中，

所述第一8-1数据选择器的第一至第二输入端分别接收所述第一左调制信号，其第三至第五输入端通过一非门接收所述第一左调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第一左修正调制信号；

所述第二8-1数据选择器的第一至第二输入端以及第四至第五输入端分别接收所述第二左调制信号，其第三输入端通过一非门接收所述第二左调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第二左修正调制信号；

所述第三8-1数据选择器的第一输入端以及第三至第五输入端分别接收所述第三左调制信号，其第二输入端通过一非门接收所述第三左调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第三左修正调制信号；

所述第四8-1数据选择器的第一输入端以及第三输入端分别接收所述第四左调制信号，其第二输入端以及第四至第五输入端通过一非门接收所述第四左调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第四左修正调制信号；

所述第五8-1数据选择器的第一输入端以及第五输入端分别接收所述第一右调制信号，其第二至第四输入端通过一非门接收所述第一右调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第一右修正调制信号；

所述第六8-1数据选择器的第一至第三输入端以及第五输入端分别接收所述第二右调制信号，其第四输入端通过一非门接收所述第二右调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第二右修正调制信号；

所述第七8-1数据选择器的第一至第四输入端分别接收所述第三右调制信号，其第五输入端通过一非门接收所述第三右调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第三右修正调制信号；

所述第八8-1数据选择器的第一输入端以及第四输入端分别接收所述第四右调制信号，其第二至第三输入端以及第五输入端通过一非门接收所述第四右调制信号，其第六至第八输入端接地，其输出端输出所述第四右修正调制信号。