1. 级联PWM整流器（CHB）仿真项目概述
在电力电子领域，级联H桥（Cascaded H-Bridge, CHB）整流器因其模块化结构和优异的电能质量表现，已成为中高压直流供电系统的首选方案。这次我们要拆解的，是一个将单相220V交流电转换为3路135V直流的CHB整流器仿真案例。不同于普通的单模块整流，这种级联结构通过多个功率单元的串联叠加，既能实现高压输出，又能通过PWM调制有效抑制谐波。
这个仿真案例的价值在于：它完整呈现了从交流输入到多路直流输出的全过程控制逻辑，包括载波移相PWM生成、直流电压平衡控制、闭环调节等核心环节。对于从事电力电子系统开发的工程师而言，掌握这种级联整流器的设计和调试方法，意味着能够应对工业现场中各种复杂的交直流转换需求。
2. 系统架构与工作原理
2.1 级联H桥的拓扑结构
该仿真系统采用三级H桥单元串联结构，每个H桥单元包含4个IGBT开关管和直流侧支撑电容。当单相220V交流电输入时，经过LC滤波后分别送入三个H桥单元。通过控制各单元IGBT的导通时序，在直流侧产生叠加的整流电压。理论上，N个单元级联可输出N倍于单个模块的直流电压。
关键设计参数：
- 输入电压：AC 220V/50Hz
- 单元数量：3级
- 目标输出电压：每单元DC 135V（总输出405V）
- 开关频率：5kHz（采用载波移相技术）
2.2 载波移相PWM控制原理
为降低系统总谐波失真（THD），仿真采用载波移相SPWM技术。三个H桥单元使用相同调制波，但各自的三角载波相位依次滞后120°。这种相位交错使得最终合成的输出电压谐波相互抵消，实测THD可控制在5%以内。具体实现时：
- 电压外环产生统一的调制波信号
- 各单元载波发生器相位差设置为：
- 单元1：0°
- 单元2：120°
- 单元3：240°
- 通过比较器生成各单元的PWM驱动信号
2.3 直流电压平衡控制
由于元件参数差异和负载不平衡，各级直流侧电压可能出现不均。仿真中采用基于功率反馈的平衡策略：
matlab复制// 电压平衡控制算法示例
for i = 1:3
ΔV(i) = Vdc_ref - Vdc_actual(i);
P_comp(i) = Kp