0 引言 功率放大器在音頻功放、發(fā)射系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、聲納探測、振動測試等很多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的功率放大器采用線性放大電路，其效率較低（40％～60％），且體積大，故應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。為了解決傳統(tǒng)功率放大器的缺點，開關(guān)功率放大器應(yīng)運而生[1]。 目前國內(nèi)外在高功率（5kW以上）放大器系統(tǒng)設(shè)計中，為了滿足功率要求普遍使用IGBT為主的全橋逆變拓撲[2]。相比之下，以MOSFET為功率器件的高功率放大器系統(tǒng)的設(shè)計方案[3]只占少數(shù)，而且其開發(fā)的控制方式不能夠很好地解決系統(tǒng)模塊間的均流控制，以及電容器中點電位控制等問題。故急需開發(fā)出以MOSFET為主的高功率放大器系統(tǒng)，以可靠地提高放大器系統(tǒng)的性能。本文提出了一種適合于高功率放大器系統(tǒng)模塊化使用的逆變單元，并詳細介紹了單元的拓撲和數(shù)字控制原理，實驗結(jié)果證明了它的良好性能。 1 主電路拓撲 　　傳統(tǒng)的兩電平全橋逆變拓撲應(yīng)用于高功率放大器系統(tǒng)時，由于受到器件耐壓的限制，難以使用頻率較高的MOSFET，故系統(tǒng)性能無法有效提高。借鑒了已有的研究，我們采用了文獻[4]提出的五電平二極管中點鉗位逆變拓撲（“Five－Level NPC Inverter”，以下簡寫為“FNI”）作為基礎(chǔ)功率單元。圖1所示為FNI電路。 　　這種FNI結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)——NPC逆變拓撲，最早是由Nable等人于1981年提出的。與傳統(tǒng)兩電平變換器相比，有以下優(yōu)點：在大功率系統(tǒng)中，將功率器件直接串聯(lián)使用而無須外加輔助電路；器件耐壓極限降至直流側(cè)電壓的一半，使器件的選取變得靈活；輸出波形中諧波成分相對于兩電平變換器大為減少，減輕了濾波環(huán)節(jié)負擔(dān)；負載上電壓紋波減小，抑止了電磁干擾問題。 2 控制方式的比較與改進 2.1 已有控制方案的介紹 　　文獻[4]中Lau W H等開發(fā)的控制方案的優(yōu)點在于提高模塊輸出的等效開關(guān)頻率，抑止輸出諧波；缺點在于系統(tǒng)的輸入信號在經(jīng)過PWM調(diào)制后，仍不能作為驅(qū)動信號使用，還須繼續(xù)進行較繁瑣的計算，故不能很好地使用于現(xiàn)有的數(shù)字信號處理芯片。該方案的詳細分析請見文獻[4]。 2.2 改進的控制方案的原理 　　改進后的控制方式首先將文獻[4]中的載波頻率提高一倍至2fC，并調(diào)整其偏置后，再進行PWM比較，如圖2所示調(diào)制后的信號即為驅(qū)動信號。而且控制左右橋臂（Leg1、Leg2）的載波相位相同，沒有文獻[4]控制方式所要求的相位差，其好處在于避免系統(tǒng)在調(diào)整開關(guān)頻率的同時還需要調(diào)整相位差，同時有利于系統(tǒng)調(diào)節(jié)直流側(cè)電容的中點電位。 　　比較圖2和文獻[4]可以發(fā)現(xiàn)，開關(guān)管的驅(qū)動信號是相同的，所以輸出波形也一定是相同的。改進后的控制策略能夠便捷地應(yīng)用到數(shù)字信號處理芯片中，同時保留文獻[4]控制方式的優(yōu)點。例如在DSP（TMS320LF2407）芯片上PWM的調(diào)制可以通過專職的事件管理模塊EVA及EVB直接完成，這樣大大降低了控制方式的實現(xiàn)難度。 　　改進后的控制策略也有不足之處，就是也沒有提供解決直流側(cè)電容的中點電位不平衡問題的方案。根據(jù)實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，由于電路元件的固有電阻特性不對稱所造成的電容中點電位的靜態(tài)誤差不能被忽略。圖9（f）為直流側(cè)電源為400V時中點電位的情況，可以發(fā)現(xiàn)有13.2V的靜態(tài)誤差。 2.3 中點電位不平衡的危害與解決方案