摘要：三电平整流器由于其独特的优点，受到了越来越多的重视。介绍了三电平桥式整流器的工作原理，并用数字信号处理器对其控制系统进行了实现，说明了全数字控制系统的硬件设计和软件设计的方法。仿真和实验结果验证了理论研究的结果。

关键词：数字信号处理器；三电平；pwm整流器；功率因数校正

引言

三电平（threelevel，tl）整流器是一种可用于高压大功率的pwm整流器，具有功率因数接近1，且开关电压应力比两电平减小一半的优点。文献[1]及[2]提到一种三电平boost电路，用于对整流桥进行功率因数校正，但由于二极管整流电路的不可逆性，无法实现功率流的双向流动。文献[3]，[4]及[5]提到了几种三电平pwm整流器，尽管实现了三电平，但开关管上电压应力减少一半的优点没有实现。三电平整流器尽管比两电平整流器开关数量多，控制复杂，但?具有两电平整流器所不具备的特点：

1）电平数的增加使之具有更小的直流侧电压脉动和更佳的动态性能，在开关频率很低时，如300～500hz就能满足对电流谐波的要求；

2）电平数的增加也使电源侧电流比两电平中的电流更接近正弦，且随着电平数的增加，正弦性越好，功率因数更高；

3）开关的增加也有利于降低开关管上的电压压应力，提高装置工作的稳定性，适用于对电压要求较高的场合。

1 tl整流器工作原理

tl整流器主电路如图1所示，由8个开关管v11～v42组成三电平桥式电路。假定u1=u2=ud/2，则每只开关管将承担直流侧电压的一半。

以左半桥臂为例，1态时，当电流is为正值时，电流从a点流经vd11及vd12到输出端；当is为负值时，电流从a点流经v11及v12到输出端，因此，无论is为何值，均有uag=ucg=＋ud/2，d1防止了电容c1被v11(vd11)短接。同理，在0态时，有uag=0；在－1态时，有uag=udg=－ud/2，d2防止了电容c2被v22(vd22)短接。

右半桥臂原理类似，因此a及b端电压波形如图2所示，从而在交流侧电压uab上产生五个电平：＋ud，＋ud/2，0，－ud/2，－ud。

每个半桥均有三种工作状态，整个tl桥共有32=9个状态。分别如下：

状态0(1,1)开关管v11，v12，v31，v32开通，变换器交流侧电压uab等于0，电容通过直流侧负载放电，线路电流is的大小随主电路电压us的变化而增加或减小。

状态1(1,0)开关管v11，v12，v32，v41开通，交流侧输入电压uab等于ud/2，输入端电感电压等于us－u1。电容c1电压被正向(或反向)电流充电(u1<us，或放电us<u1)，c2通过直流侧负载放电。

状态2(1,－1)开关管v11，v12，v41，v42开通，输入电压uab=ud，正向(或反向)电流对电容c1及c2充电(或放电)，由于输入电感电压反向，电流is逐渐减小。

状态3(0,1)开关管v12，v21，v31，v32开通，交流侧输入电压uab等于－ud/2，输入电感上电压等于us＋u1。电容电压被正向(或反向)电流充电(或放电)。

状态4(0,0)开关管v12，v21，v32，v41开通，输入端电压为0，电容通过直流侧负载放电，线路电流is的大小随主电路电压us的变化而增加或减小。

状态5(0,－1)开关管v12，v21，v41，v42开通，交流侧电压为ud/2，正向(或反向)电流对电容c2充电(或放电)，电容c1通过负载电流放电。

状态6(－1,1)开关管v21，v22，v31，v32开通，uab=－ud，正向(或反向)线电流对两个电容c1及c2充电(或放电)，由于升压电感电压正向，线电流将逐渐增加。

状态7(－1,0)开关管v21，v22，v32，v41开通，交流侧电压电平为－ud/2，正向(或反向)电流对电容c2充电(或放电)，电容c1通过负载电流放电。

状态8(－1,－1)开关管v21，v22，v41，v42开通，输入端电压为0，升压电感电压等于us，两个电容c1及c2均通过负载电流放电。电流is根据电压us的变化而增加(或减小)。

2 硬件电路设计