一种准z源逆变器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种准z源逆变器，包括依次连接的升压网络、准z源电路、全桥逆变器；升压网络包括第一二极管、第三电感、第二二极管和第三电容，准z源电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和第三二极管。第一二极管串接于第二电感和第三电感之间，第二二极管并联于第一二极管和第三电感两端，第三电容并联于第二电感和第一二极管两端，第三二极管连接在第一电感和第二电感之间，第一电容并联在第一电感和第三二极管两端，第二电容连接在直流源的负极和第一电感之间，直流电压源正极与逆变器相连，本发明具有升压高、稳定、体积小、效率高、电容电压应力低等优点。
【专利说明】一种准Z源逆变器
【技术领域】
[0001]本发明属于逆变领域，涉及一种准z源逆变器。
【背景技术】
[0002]随着能源危机的日益严重以及地球生态环境的日趋恶化，全世界都在努力寻找一种可以持续利用并对我们的生态环境没有污染的新型能源，光伏太阳能等新能源此时成为各国竞相争夺的科技制高点，而逆变技术正是整套系统的核心技术。随着DSP技术以及大功率、高频率开关器件的快速发展以及造价成本不断降低，推动着大功率、低成本、高效的逆变器不断向前发展，应用到工业、军工、民用等方方面面。因而研制新型、高能效比、安全、稳定的逆变器具有十分重要的作用，能积极促进光伏并网发电等新能源的大力发展，促进中国在能源战略上具有更大的优势。
[0003]目前对于逆变器的研究主要集中在如何改进其拓扑结构与控制策略方面，而为了增加其工作的可靠性，多是在逆变器中增加缓冲电路，但这不仅增加了整个系统的损耗，也同时降低了逆变器的效率。除此之外，传统逆变器无法单级实现直流电源的升降压与逆变，需增加前级DC-DC环节，从而使系统的控制变得复杂，效率低下，在器件的使用方面也不具备优势。因此，研究高可靠性、高效率、结构简单的新型逆变器具有非常现实的意义，也是目前逆变技术发展的重要方向之一。
【发明内容】
[0004]技术问题:本发明提供一种可以实现在较小的直通占空比情况下实现任意倍数的升压或在相同的直通占空比情况下极大增高其升压倍数，单级结构实现了升降压与逆变，具有非常高的升降压能力、可靠性和效率，同时大大减少了电容电压应力的准z源逆变器。
[0005]技术方案:本发明的准z源逆变器，包括依次连接的升压网络、准z源电路、全桥逆变器。升压网络包括第一二极管、第三电感、第二二极管和第三电容，第三电容的一端同时与第一二极管的阴极和第三电感的一端连接，第一二极管的阳极和第二二极管的阳极连接，第三电感的另一端与第二二极管的阴极连接。
[0006]准z源电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和第三二极管，第一电感的一端与第三二极管的阳极连接，另一端与第一电容的一端连接，第一电容的另一端与第三二极管的阴极连接，第三二极管的阴极同时还与第二电感的一端和第二电容的一端连接，以及升压网络中第三电容的一端连接，第二电感的另一端与升压网络中第一二极管的阳极连接，第二电容的另一端与升压网络中第二二极管的阴极连接，第三电容的另一端即为与第一二极管的阴极连接的一端。
[0007]准z源电路中第一电感与第一电容连接的一端，同时还与全桥逆变器的阴极连接。
[0008]在发明一种实施例中，当断开可控开关时，第三二极管和第一二极管处于关断状态，第二二极管处于导通状态，此时准z源逆变器处于直通状态。[0009]在发明另一种实施例中，当导通可控开关时，第二二极管处于导通状态，第三二极管和第一二极管处于关断状态，此时准z源逆变器处于非直通状态。
[0010]有益效果:本发明与现有技术相比，具有如下优点:
[0011]本发明可以单级实现直流侧电压的任意比例的升降压，不需要在前级加入DC-DC升降压电路，具有很高的可靠性和效率，同普通阻抗网络型逆变器相比，具有更高的升降压倍数，能有效地减少电容电压应力，可以实现软启动特性。
[0012]图4中曲线I的升压能力明显高于其他两种拓扑的升压能力。由图5、图6可以看出，当直流链峰值电压均为155V时，本发明准Z源逆变器中的VC2高于扩展型准Z源逆变器，VCl与VC3均小于扩展型准Z源逆变器，并且两种拓扑当中电容电压应力最大的VC2与VCl基本相同。因此可以证明，本发明准Z源逆变器能够有效地减小电容电压应力。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的准z源逆变器的电路结构图；
[0014]图2是本发明的准z源逆变器在直通状态下的等效电路图；
[0015]图3是本发明的准z源逆变器在非直通状态下的等效电路图；
[0016]图4为3种拓扑结构的升压能力Matlab/Simulink仿真图；
[0017]图5为扩展型准Z源逆变器的电容电压应力Matlab/Simulink仿真图；
[0018]图6为本发明准Z源逆变器电容电压应力Matlab/Simulink仿真图。
[0019]图中有:升压网络B、准z源电路Q、全桥逆变器C、直流电源S、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管C2、第三二极管D3、第一可控开关S1、第二可控开关S2、第三可控开关S3、第四可控开关S4、第五可控开关S5、第六可控开关S6。
【具体实施方式】
[0020]以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，意在帮助读者更好底理解本发明的本质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
[0021]本发明用于将直流电源逆变为交流电源，直流源连接方式如下:直流电源正极与全桥逆变器C的正极相连，直流电源负极与生涯网络B中第二二极管负极连接，直流电源可为光伏太能能电池组以及普通直流源。
[0022]请参阅图1，本发明的准z源逆变器器包括:升压网络B、准z源电路Q、全桥逆变器C，全桥逆变器包括可控开关，其中准z源电路Q为传统的准z源电路。升压网络B包括第一二极管D1、第三电感L3、第二二极管D2和第三电容C3，第三电容C3的一端同时与第一二极管Dl的阴极和第三电感L3的一端连接，第一二极管Dl的阳极和第二二极管D2的阳极连接，第三电感L3的另一端与第二二极管D2的阴极连接。
[0023]准z源电路Q包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容Cl、第二电容C2和第三二极管D3，第一电感LI的一端与第三二极管D3的阳极连接，另一端与第一电容Cl的一端连接，第一电容Cl的另一端与第三二极管D3的阴极连接，第三二极管D3的阴极同时还与第二电感L2的一端和第二电容C2的一端连接，以及升压网络中第三电容的一端连接，第三电容的另一端与第一二极管的阴极相连，第二电感L2的另一端与升压网络B中第一二极管Dl的阳极连接，同时还与升压网络B中第二二极管D2的阳极连接，第二电容C2的另一端与升压网络B中第二二极管D2的阴极连接，即升压网络B中第二二极管D2与第三电感L3相连的一端；准z源电路Q中第一电感LI与第一电容Cl连接的一端，同时还与全桥逆变器C的阴极连接，全桥逆变器包含可控开关器件。
[0024]其中3个电感L1、L2、L3的电感值是相等的，3个电容Cl、C2、C3的电容值是相等的，即阻抗网络具有对称性。
[0025]请参阅图2，当上下桥臂可控开关第一可控开关S1、第二可控开关S2或者、第三可控开关S3、、第四可控开关S4或者、第五可控开关S5、、第六可控开关S6同时导通时，二极管Dl和二极管D3处于关断状态，二极管D2处于导通状态，此时准z源逆变器处于直通状态。
[0026]逆变器工作于直通状态，此时逆变器短路相当于一根导线，二极管D2处于导通状态，二极管Dl和二极管D3处于阻断状态。假设逆变器开关器件开关周期为T，直通状态时间为Ta，而且Ta/T=D，D即为直通时间占整个开关周期的百分比，即为直通占空比。根据等效电路图，由对称性可以得出此时的电路方程如下:
[0027]Vdc+VC2 = Vli
[0028]Vdc+Vcl = VL2
[0029]Vdc+Vci+Vc3 = VL3 (I)
[0030]说明:V表不各兀器件电压，Vli表不电感LI两端电压，Vl2表不电感L2两端电压，Vl3表不电感L3两端电压，Vci表不电容Cl两端电压，Vc2表不电容C2两端电压，Vc3表不电容C3两端电压，Vdc表示直流电压源两端电压。
[0031]请参阅图3，当逆变器正常工作时，二极管Dl和二极管D3处于导通状态，极管D2处于断开状态，此时改进型准z源逆变器处于非直通状态。
[0032]逆变器工作于非直通状态，此时逆变器相当于电压源Vpn，二极管Dl和二极管D3处于导通状态，二极管D2处于断开状态，此时准z源逆变器处于非直通状态。根据等效电路图，由对称性可以得到如下电路方程:
[0033]Vli = -Vci
[0034]VL2 = -Vc3
[0035]Vc2-Vc3 = Vl3
[0036]Vdc+VG1+VC2 = Vpn (2)
[0037]说明:V表不各兀器件电压，Vli表不电感LI两端电压，Vl2表不电感L2两端电压，Vl3表不电感L3两端电压，Vci表不电容Cl两端电压，Vc2表不电容C2两端电压，Vc3表不电容C3两端电压，Vdc表示直流电压源两端电压，Vpn表示相应于逆变器的电压源电压。
[0038]根据式子(I) ( 2)并由电感在一个开关周期内的伏秒平衡原理，即电感两端的电压在一个开关周期内的积分为零的特性，可以推出如下式:
[0039]DT (Vdc+VC2) = (1-D) TVci
[0040]DT (Vci+Vdc) = (1-D) TVc3
[0041]DT(Vcl+VC3+Vdc) = (1-D)T(Vc2-Vc3) (3)
[0042]由式子(3)可以推出如下式:[0043]vpn=1/d2-3d+1 ⑷
[0044]从式(4)可以看出，加在逆变器两端的电压Vpn与直流侧电压Vd。成反比例关系，极大地实现了直流侧电压的升压能力，可以给调制比更大的调整空间，同时可可以控制直通占空比从零逐渐地增加，相应地电容上的电压也从零开始逐渐地增加，所以在启动时电容上的电压不会突增，即可实现软启动性能。
[0045]以上仅为本发明示意性的具体实施例，并非用以限定本发明的实用范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原理的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护 的范围。
【权利要求】
1.一种准Z源逆变器，其特征在于，该逆变器包括依次连接的升压网络(B)、准Z源电路(Q)、全桥逆变器(C); 所述升压网络(B)包括第一二极管(D1)、第三电感(L3)、第二二极管(D2)和第三电容(C3)，所述第三电容(C3)的一端同时与第一二极管(Dl)的阴极和第三电感(L3)的一端连接，所述第一二极管(Dl)的阳极与第二二极管(D2)的阳极连接，第三电感(L3)的另一端与第二二极管(D2)的阴极连接； 所述准z源电路(Q)包括第一电感(LI)、第二电感(L2)、第一电容(Cl)、第二电容(C2)和第三二极管(D3)，所述第一电感(LI)的一端与第三二极管(D3)的阳极连接，另一端与第一电容(Cl)的一端连接，第一电容(Cl)的另一端与第三二极管(D3)的阴极连接，所述第三二极管(D3)的阴极同时还与第二电感(L2)的一端和第二电容(C2)的一端，以及升压网络(B)中第三电容(C3)的一端连接，所述第二电感(L2)的另一端与升压网络(B)中第一二极管(Dl)的阳极连接，所述第二电容(C2)的另一端与升压网络(B)中第二二极管(D2)的阴极连接，第三电容(C3)的另一端即为与第一二极管(Dl)的阴极连接的一端； 所述准z源电路(Q)中第一电感(LI)与第一电容(Cl)连接的一端，同时还与全桥逆变器(C)的阴极连接。
【文档编号】H02M7/48GK103701342SQ201310699489
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】梅军, 郑建勇, 孙博, 邓凯, 付广旭 申请人:东南大学