专利名称：一种高增益z源逆变器的制作方法
技术领域：
本发明所涉及的高增益Z源逆变器，属于电力电子变换器。
背景技术：
人们越来越关注清洁能源，风力发电、光伏发电和燃料电池得到业界的青睐，但风力发电、光伏发电和燃料电池系统所输出的直流电压波动很大不能直接给用户供电。为了实现升、降压能够输出稳定的电能，在逆变桥前级加入DC/DC升压电路如附图1所示，但是 DC/DC变换器的环节增加了系统的成本、降低系统的效率，两级结构又增加了系统控制的复杂程度。文献(F. Z. Peng,“Z_source Inverter, "IEEE Trans, on Industry Applications, vol. 39，no. 2，pp，504-510，March/April, 2003)提出Z源逆变器，如附图2所示，能够提供传统电压源逆变器所没有的升压功能，能够适应输入电压宽范围变化的场合；Z网络介于电压源与逆变桥之间，可以允许桥路直通和开路，有力的保障器件的安全性。同时相比于二级boost电路，Z-源逆变器是一级电路，减少了有源器件、控制、驱动电路等硬件电路，系统的安全性、效率有了很大的提高，在新能源电能转换场合有得天独厚的优势。虽然Z源逆变器理论上可以有无限大的升压能力，但实际上由于组件寄生参数的影响不能达到无限增益，并且太高的升压会增加系统损耗和不稳定性；另一方面，直通占空比与调制因子是相互制约的，增大占空比就意味着减小调制因子，这势必会增加在有效期间内开关器件的电压应力和直通期间电流应力，增加系统的成本，因此传统Z源逆变器的升压能力很有限。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题是为了克服传统的Z源逆变器高增益时所需直通占空比太大而增加系统损耗和不稳定性以及增加开关器件的电压应力等不足，提供一种Z 源逆变器，提高Z源逆变器升压能力，增大调制因子，减小器件应力，提高逆变器的输出质量。本发明所提出的高增益Z源逆变器，包括直流电压源、三相逆变桥构成的三相逆变器，还包括由开关电感和电容组成的X型Z源阻抗网络、功率二极管，所述功率二极管用于阻断电感电流回流；其中所述X型Z源阻抗网络中的电感包括第1开关电感支路和第2 开关电感支路，所述第1开关电感支路在直通时第一电感(L1)和第三电感(L3)并联充电， 非直通时第一电感(L1)和第三电感(L3)串联放电，所述第2开关电感支路在直通时第二电感(L2)和第四电感(L4)并联充电，非直通时第二电感(L2)和第四电感(L4)串联放电，从而使该Z源逆变器获得更高直流链峰值电压；所述X型Z源阻抗网络的第一电容(C)、第二电容(C2)在直通时与输入电源串联分别向第一、第三电感(LpL3)、第二、第四电感(L2、L4)充电，有效减小Z源阻抗网络的第一电容C1、第二电容C2的电压应力。本发明与现有技术相比的主要优点是与电压源逆变器相比，本Z源逆变器单级
3实现升降压；不需要死区时间，能够消除传统逆变器死区时间带来的输出噪声；同桥臂直通成为常态，增加逆变器的抗干扰能力；与传统的Z源逆变器相比，本Z源逆变器利用开关电感技术，升压能力增强，避免高增益时直通比太高调制比太低导致系统不稳定性增大、输出质量降低等问题，并且Z源网络的电容电压应力小，逆变器体积小。
四
图1前级加DC/DC的逆变器电路图。图2传统Z源逆变器主电路。图3高增益Z源逆变器主电路。图4是图3所示Z源逆变器的工作过程图，其中，图a为第一开关管Sl和第二开关管S4均导通的工作示意图；图b为第一开关管、第二开关管均导通的示意图。图兄源逆变器实施效果，其中，图a为为Dsh = 0. 22、M = 0. 85的实验波形；图b 为Dsh = 0. 18、M = 0. 9的实验波形。
五具体实施例方式以下结合附图3对本发明高增益Z源逆变器主电路做详细介绍。该高增益Z源逆变器，包括直流电压源、三相逆变桥构成的三相逆变器，还包括由开关电感和电容组成的X型Z源阻抗网络、功率二极管，所述功率二极管用于阻断电感电流回流；其中所述X型Z源阻抗网络中的电感包括第1开关电感支路和第2开关电感支路，所述第1开关电感支路在直通时第一电感(L1)和第三电感(L3)并联充电，非直通时第一电感 (L1)和第三电感(L3)串联放电，所述第2开关电感支路在直通时第二电感(L2)和第四电感 (L4)并联充电，非直通时第二电感(L2)和第四电感(L4)串联放电，从而使该Z源逆变器获得更高直流链峰值电压；所述X型Z源阻抗网络的第一电容(C1)、第二电容(C2)在直通时与输入电源串联分别向第一、第三电感(L1I3)、第二、第四电感(L2、L4)充电，有效减小Z源阻抗网络的第一电容C1、第二电容C2的电压应力。进一步的，所述X型Z源阻抗网络串联在三相逆变桥与直流电源之间。进一步的，所述第1开关电感支路是由第一电感(LD、第三电感(L3)、第一二极管 (D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)五个部件组成，所述第2开关电感支路是由第二电感(L2)、第四电感(L4)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)五个部件组成。进一步的，直流电压源(Vin)正极连于第一电容(C1)的负端；第一电容(C1)的负端与第一电感(L1)的一端、第一二极管(D1)的阳极连接；第一电容(C1)的正端与第七二极管(D7)的阴极、第四二极管(D4)的阳极、第二电感(L2)的一端相连；第一电感(L1)的另一端与第二二极管(D2)、第三二极管(D3)的阳极连接；第一二极管(D1)的阴极与第二二极管 (D2)的阴极、第三电感(L3)的一端连接；第二电容(C2)的负端与第七二极管(D7)的阳极、 第二二极管(D2)的阴极、第三电感(L3)的另一端连接；第二电容(C2)的正端与第六二极管 (D6)的阴极、第四电感(L4)的一端连接；第二电感(L2)的另一端与第五二极管(D5)、第六二极管(D6)的阳极连接；第四电感(L4)的另一端与第四二极管(D4)、第五二极管(D5)的阴极连接。进一步的，所述三相逆变桥的上桥臂的三个开关管的集电极连于一起，连于X型Z
4源阻抗网络的第二电容(C2)的阳极；所述三相逆变桥下桥臂的三个开关管的发射极连于一起，构成三相逆变桥的负端，连于直流电压源的负极；三相逆变桥的输出连接三相负载。工作原理介绍如下考虑到Z源网络中4个电感和2个电容取值相等，有
权利要求
1.一种高增益Z源逆变器，包括直流电压源、三相逆变桥构成的三相逆变器，其特征在于还包括由开关电感和电容组成的X型Z源阻抗网络、功率二极管，所述功率二极管用于阻断电感电流回流；其中所述X型Z源阻抗网络中的电感包括第1开关电感支路和第2开关电感支路，所述第1开关电感支路在直通时第一电感(L1)和第三电感(L3)并联充电，非直通时第一电感(L1)和第三电感(L3)串联放电，所述第2开关电感支路在直通时第二电感 (L2)和第四电感(L4)并联充电，非直通时第二电感(L2)和第四电感(L4)串联放电，从而使该Z源逆变器获得更高直流链峰值电压；所述X型Z源阻抗网络的第一电容沁)、第二电容 (C2)在直通时与输入电源串联分别向第一、第三电感(L1I3)、第二、第四电感(L2、L4)充电， 有效减小Z源阻抗网络的第一电容C1、第二电容C2的电压应力。
2.根据权利要求1所述的一种高增益Z源逆变器，其特征在于所述X型Z源阻抗网络串联在三相逆变桥与直流电源之间。
3.根据权利要求2所述的一种高增益Z源逆变器，其特征在于所述第1开关电感支路是由第一电感㈦)、第三电感(L3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)五个部件组成，所述第2开关电感支路是由第二电感(L2)、第四电感(L4)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)五个部件组成。
4.根据权利要求3所述的一种高增益Z源逆变器，其特征在于直流电压源(Vin)正极连于第一电容(C1)的负端；第一电容(C1)的负端与第一电感(L1)的一端、第一二极管(D1) 的阳极连接；第一电容(C1)的正端与第七二极管(D7)的阴极、第四二极管(D4)的阳极、第二电感(L2)的一端相连；第一电感(L1)的另一端与第二二极管(D2)、第三二极管(D3)的阳极连接；第一二极管(D1)的阴极与第二二极管(D2)的阴极、第三电感(L3)的一端连接；第二电容(C2)的负端与第七二极管(D7)的阳极、第二二极管(D2)的阴极、第三电感(L3)的另一端连接；第二电容(C2)的正端与第六二极管(D6)的阴极、第四电感(L4)的一端连接；第二电感(L2)的另一端与第五二极管(D5)、第六二极管(D6)的阳极连接；第四电感(L4)的另一端与第四二极管(D4)、第五二极管(D5)的阴极连接。
5.根据权利要求4所述的一种高增益Z源逆变器，其特征在于所述三相逆变桥的上桥臂的三个开关管的集电极连于一起，连于X型Z源阻抗网络的第二电容(C2)的阳极；所述三相逆变桥下桥臂的三个开关管的发射极连于一起，构成三相逆变桥的负端，连于直流电压源的负极；三相逆变器的输出连接三相负载。
全文摘要
本发明提供一种高增益Z源逆变器，包括直流电压源和三相逆变桥组成的三相逆变器，其还包括由功率二极管、开关电感和电容组成的Z源网络，其特点是由开关电感支路代替单一电感，Z源网络首端连于电源的正极，末端连于三相逆变桥的正端，逆变桥与电源共地。与传统Z源逆变器相比，本Z源逆变器能够提高逆变器的升压能力，实现高调制因子，提高整个逆变器的输出质量；同时有效减小Z网络电容的电压应力，从而减小逆变器体积重量。
文档编号H02M7/5387GK102223095SQ20111016652
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者刘芳, 张扬, 曲延滨, 李军远, 蔡春伟 申请人:哈尔滨工业大学(威海)