微功耗清洁能源存贮系统

一般多电平FBI逆变器[1]，例如三电平逆变、五电平逆变，七电平逆变等，增加输出电压电平数N的目的，是为了减少输出电压波形中的谐波含量，但所需功率器件和电路复杂性呈指数增加，必须要有N个隔离的、独立的电压源，而且每个FBI中功率器件的驱动信号也是隔离的、独立的。三相二电平逆变，功率器件6个，三相三电平逆变，功率器件12个，三相五电平逆变，功率器件24个。如果要实现16电平逆变，所需功率器件P=2N=216=65536，需要隔离的、独立的驱动信号65536个，这种纸上谈兵的逆变电路，在实际上是完全不可能实现的。所有有关逆变器的教科书都提及多电平逆变，但没有哪一本教科书能画出五电平以上逆变器的实际电路，因为太复杂，画也画不出来，怎么能实际做出来。

SPWM全桥逆变电路(FBI)，不仅仅是功率器件呈指数增加的问题，更要命的是，在进行多电平叠加的同时，还要在每一个电平中进行SPWM脉宽调制，一个FBI的SPWM控制已经够复杂，现在要对多达2N=65536个SPWM驱动信号进行控制，其空间矢量的复杂程度，是不可想像的。

微功耗直流耗逆变器所需功率器件和电路复杂性呈线性增加，即所需功率器件P=2N，其中N为电平数。图4是4电平微功耗直流逆变器的实际电路，所需功率器件P=2N=2*4=8，实现16电平逆变器，所需功率器件P=2N=2*16=32，限于文章篇幅，本处不宜画完整电路图，仅在图13画出了微功耗直流逆变器(16阶)宝塔波电压驱动信号产生电路及图14的宝塔波电压驱动信号仿真波形，16电平微功耗直流逆变器的完整电路请参考文献[3]。

图16是直流逆变器(16阶)宝塔波电压仿真波形，图中曲线可以看到，N=16的宝塔波已经趋近正弦波，根本用不着进行电压切割。

图16 直流逆变器(16阶)输出电压仿真波形

7.4电压切割电路

用正弦波波形切割宝塔波，设切去正弦波后剩下来的部份面积为S0，当宝塔波的阶数N=1时，S0=A(1-SinX)，其中A是输入电压的幅值，根据计算，这部份面积占总面积的36%。当宝塔波的阶数N=16，或大于某个正整数时，宝塔波已经趋近正弦波，根本用不着进行电压切割。当阶数N在1和某个正整数之间时，切割下来的面积S0所代表的功率比较可观，必须通过功率变换，或反馈，或输出，提高整机效率。

图17是电压切割电路[2][4]，功率MOS管Q5、Q6和磁芯变压器TX1组成了主电路，100kHz的方波驱动信号V1、V5分别加在Q5、Q6的栅极，V2是输入正弦波电压Vi，Vi为幅值360V的正弦波电压，负载R6接在Q6的源极。

输入电压的正半周，当驱动方波电压V5为高电平时，Q6饱和导通，输入电压Vi通过Q5的体内二极管和Q6的漏源极，加在负载电阻R5和变压器TX1的原边;在输入电压的负半周，当驱动方波电压V1为高电平时，Q5饱和导通，输入电压Vi通过Q6的体内二极管和Q5的漏源极，加在负载电阻R5和变压器TX1的原边。适当选择变压器原边的电感量和驱动信号V1、V5的脉宽，可便负载电阻R5上的电压为输出额定值。

变压器TX1的附边接有由Q1-Q4组成的动态整流电路[1]，可将TX1付边产生的包络为正弦波的双边带方波电压Vs整流为正弦波电压，适当选择TX1的变比和驱动信号V1、V5的脉宽，可使得动态整流电路输出的正弦波电压(由Q3、Q4的源极取出)为额定输出电压，此电压与输入电压同频、同相、同步，与电阻R5产生的额定电压同频、同相，同幅，共同形成输出电压Vo。由于整机不采用铁芯，并不利用磁饱和现象稳定交流电压，因而不会产生正弦波波形失真，有关动态整流的论述请参考文献[2]。

图17右边是切割电路各点电压的仿真波形，最外层是幅值360V的输入电压Vi，下面是电阻R5上被切去头部后的输入电压和TX1付边产生的动态整流电压共同形成的输出电压Vo，最里层是变压器原边产生的包络为正弦波的双边带方波电压Vp，付边电压Vs由TX1的变比决定，是Vp的n倍。

图17 电压切割电路