大需达到

me，限制了其功率开关只能为低频、耐高压器件。而图 1 中的三种非对称 h 桥五电

平拓扑是图

2 的通用非对称 h 桥当 m=1 时的特例。

　　图

2 的通用非对称 h 桥的右半桥工作在基频方波调制时，其驱动信号与调制波的过零

点同步。根据调制波所在正负区域的位置及左半桥

hbx 输出电压电平对应的开关状态，确定

出基波周期内载波的分布状态。而

3 种类型的

“半桥”中功率开关呈互补对，因此载波数量即

为左半桥

hbx 的功率开关互补对数量，也就是直流电源的标么系数 m。图 3 为非对称 h 桥拓

扑的通用调制策略，载波

cm、cm

’根据输出电压电平对应的开关状态进行有序层叠分布。而

正负区域内，载波层叠的位置需根据输出电平对应的开关状态决定，调制波

vref 与其所在

的载波

ci 层进行分层、分区 pwm 调制，得到对应功率开关 si 互补对的 pwm 驱动信号，使得

非对称

h 桥的 uo 输出与载波 ci 对应的 pwm 电平层。而在此时间区域内，其它功率开关均处

于导通

/关断状态。

 
　　

3.2 非对称 h 桥五电平逆变器的通用调制策略

　　由图

1 的非对称 h 桥五电平逆变器的工作机理可得，非对称 h 桥的右半桥的功率开关

均工作于基频，左半桥功率开关驱动信号为

pwm 互补对，例如图 1（a）中功率开关

s1、s5（或 s2、s5）互补；图 1（b） 功率开关 s1、s3 互补且 s2、s4 互补；图 1（c）功率开关
s1、s4 互补且 s2、s3 互补。由图 3 的非对称 h 桥通用调制原理可得非对称 h 桥五电平逆变器通
用调制原理如图

4 所示。非对称 h 桥五电平逆变器在调制波的正半周期内，需要 2 路垂直分

布的载波

c1、c2，调制波与这两路载波进行 spwm 调制，分别对应得到非互补功率开关

s1、s2 的驱动信号，使得五电平逆变器输出对应于载波 c1、c2 的两个 pwm 电平层 1、2。右半
桥

s5 的驱动信号由调制波的过零点决定。在调制波的负半周期内，载波交错分布到调制波

的负区域，完成负半周期的

spwm 调制，输出 pwm 电平层 1

’、2’。

　　

4 实验结果

　　为了验证非对称

h 桥五电平逆变器的通用调制策略，本文以单相电容箝位型五电平非

对称

h 桥拓扑为实验平台，进行实验验证。直流母线电压 e=20v，载波频率 fc=2khz，调制

波频率

fm=50hz，调制度 ma=0.95，rl 负载，r=100ω，l=63ml。

　　图

5 为功率开关 s1、s5 驱动信号实验波形，功率开关 s1~s4 均工作于高频 pwm 状态，

功率开关

s5、s6 工作于基频状态。图 6 为逆变器输出电压与箝位电容电压实验波形，uo 为逆

变器输出的五电平电压，

uo 为逆变器箝位电容电压，由于正、负半周期地对箝位电容进行

充、放电，使得电容电压存在较小的波动，但通用调制策略使得箝位电容电压达到了较好的
平衡。图

7 为逆变器输出电压与负载电流实验波形，il 为负载电流（电阻 r 两端电压），rl

负载使得负载电流具有较好的正弦度。
　　

5 结束语

　　本文对三种非对称

h 桥五电平逆变器进行了分析，在此基础上提出一种对非对称 h 桥

通用的调制策略，适用于三种非对称

h 桥五电平逆变器。最后，通过单相电容箝位型五电平

逆变器实验平台，验证了所提方法的正确性与有效性。