隨著大功率自關(guān)斷器件和智能高速微控制芯片的不斷發(fā)展，大功率電力電子變流裝置得到了越來(lái)越深入的研究，在大容量電機(jī)驅(qū)動(dòng)、交直流電力傳輸?shù)葓?chǎng)合的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛了。在大功率電力電子變流裝置的實(shí)現(xiàn)上，一個(gè)重要的問(wèn)題就是大功率器件的工作頻率較低，無(wú)法適應(yīng)PWM技術(shù)等優(yōu)秀的調(diào)制技術(shù)。載波移相正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)（Carrier phase-shifted SPWM，以下簡(jiǎn)稱(chēng)CPS-SPWM）是為了解決該問(wèn)題而提出的新技術(shù)。

　　田納西大學(xué)的Peng F.Z.等人于1996年提出了級(jí)聯(lián)H橋型變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并用于無(wú)功補(bǔ)償［1］。級(jí)聯(lián)H橋變流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，由N個(gè)單相全橋模塊在交流側(cè)串聯(lián)構(gòu)成一相橋臂對(duì)，直流側(cè)相互獨(dú)立，如圖1（a）所示。由3個(gè)橋臂對(duì)通過(guò)Y型或者△連接構(gòu)成三相系統(tǒng)，如圖1（b）所示便為Y型接法示意圖。相對(duì)于二極管鉗位型多電平變流器和飛跨電容型多電平變流器，這種級(jí)聯(lián)H橋型變流器具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　1）各變流器單元結(jié)構(gòu)相同，容易實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)、安裝、維修；

　　2）直流側(cè)相互獨(dú)立，電壓均衡容易實(shí)現(xiàn)；

　　3）各變流器單元工作對(duì)稱(chēng)，開(kāi)關(guān)負(fù)荷平衡。

　　在電壓型變換電路中．輸出的交流電壓為矩形波。早期常用多重化技術(shù)把幾個(gè)矩形波輸出組合成逼近正弦波的波形。以提高容量、減小諧波對(duì)于Lx個(gè)三相變流電路單元（每個(gè)單元三相，此處用Lx表示多重化中三相變流器的單元數(shù)，以和下面N表示H橋的單元數(shù)區(qū)分，本文以每3-H橋?yàn)橐粋€(gè)單元），將其輸出波形的相位各錯(cuò)開(kāi)π／（3Lx），連同抵消它們之間相位差的變壓器（移相變壓器），可以構(gòu)成脈波數(shù)為6Lx、的變流器系統(tǒng)。輸出波形中包含6kLx±1（k為正整數(shù)）次的諧波。但多重化技術(shù)存在以下不足：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)差；各裝置輸入／輸出波形須錯(cuò)開(kāi)一定的相位，造成基波損失。

　　多電平組合變流器是采用CPS—SPWM技術(shù)和多重化技術(shù)相結(jié)合的變流器。該類(lèi)變流器等效開(kāi)關(guān)頻率高、開(kāi)關(guān)損耗小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、通頻帶寬，便于采用不同的控制策略。H橋型拓?fù)湓诙嚯娖阶兞髌鞯幕就負(fù)渲?，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、需要最少數(shù)量的器件、不需要大量的鉗位二極管和飛跨電容、易于模塊化和采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹H橋的幾種基本結(jié)構(gòu)及其級(jí)聯(lián)形式，并以級(jí)聯(lián)3-H橋?yàn)槔肨MS3201LF2407 DSP發(fā)出控制三相單模塊和單相兩模塊H橋的脈沖信號(hào)，使之分別輸出三相三電平和單相五電平。頻譜分析表明只含有開(kāi)關(guān)整倍次及其邊帶諧波，和理論分析的完全一致。

　　1 H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　H橋多電平變流器的基本結(jié)構(gòu)有兩種：一種為三電平H橋（3-LeveL H-hridge．3-H），另一種為五電平H橋（5-LeveL H-bridge，5-H）。其中，五電平H橋又包括二極管鉗位型和電容鉗位型兩種。3-H橋變流器的基本單元如圖1所示，這個(gè)基本單元可產(chǎn)生3電平輸出：同時(shí)導(dǎo)通S1和S3或S2和S4，就可在兩橋臂間產(chǎn)生極性相反的電平；當(dāng)同時(shí)導(dǎo)通S1和S2或S3和S4時(shí)．則輸出零電平。

　　5-H橋變流器的基本單元如圖2所示．以一極管鉗位型為例來(lái)說(shuō)明其電平生成情況、圖2（a）所示5-H單元由全橋式中點(diǎn)鉗位式電路組成，適當(dāng)改變逆變器中晶體管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，a點(diǎn)和n點(diǎn)可跟d0，d1和d2相連。假設(shè)直流側(cè)電壓Vdc為2E，電容上的電壓為Vdc／2。5-H橋基本單元輸出電壓Van可以有五種不同的取值：-2E，-E，0，E和2E。在這個(gè)拓?fù)渲校娙萆系碾妷嚎梢酝ㄟ^(guò)對(duì)冗余狀態(tài)的選擇保持平衡。

　　以圖1及圖2中的基本電路單元為基礎(chǔ)，可以得到圖3所示的級(jí)聯(lián)3-H變流器和圖4所示級(jí)聯(lián)5-H變流器。由3一H級(jí)聯(lián)而成的電壓型變頻器已由美國(guó)羅賓康公司發(fā)明并申請(qǐng)專(zhuān)利，取名為完美無(wú)諧波變頻器。根據(jù)系統(tǒng)對(duì)輸出電壓，電平數(shù)的要求可決定級(jí)聯(lián)的單元數(shù)。級(jí)聯(lián)3-H橋型變流器有很多優(yōu)點(diǎn)：獲得同樣電平數(shù)輸出時(shí)，使用的元器件最少；每個(gè)變流器單元的結(jié)構(gòu)相同，容易進(jìn)行模塊化設(shè)汁和封裝；各變流器單元之間相對(duì)獨(dú)立，容易引入軟開(kāi)關(guān)控制；直流側(cè)的均壓比較容易實(shí)現(xiàn)；各變流器單元的工作負(fù)荷一致等。對(duì)于級(jí)聯(lián)3-H變流器，級(jí)聯(lián)單元數(shù)N（每個(gè)3-H變流器為一個(gè)單元）和輸出波形電平數(shù)W之間滿(mǎn)足W=2N+l的關(guān)系；級(jí)聯(lián)5-H變流器對(duì)應(yīng)關(guān)系為：W=4N+l。以上各變流器單元的獨(dú)立直流源電壓值相同。故若將各獨(dú)立電壓源的電壓值分別取為E、2E、4E……2N-1E，則其輸出的電平數(shù)就大幅度地增加到2N+1一l，即得到所謂的改進(jìn)的級(jí)聯(lián)H橋型多電平變流器（Modified Cascade否H-bridgeMultilevel Converter）。但此種拓?fù)鋵?dǎo)通器件數(shù)增多，開(kāi)關(guān)損耗加大，電路整體效率下降，調(diào)制策略變得復(fù)雜，因而仍在探索階段。