单级非隔离无电解电容双Zeta逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电器技术领域，涉及一种电能变换装置，具体是一种既可实现升压又 可实现降压的单级非隔离型无电解电容逆变器，适用于单相逆变应用场合中。
【背景技术】
[0002] 能源是人类赖以生存和发展的物质基础，化石能源的有限性和大量的开采利用导 致能源短缺的问题日益严重，同时也造成了环境问题的日益恶化。新能源和可再生能源由 于其量大、清洁和安全的特点越来越受到重视，而逆变器是新能源和可再生能源发电技术 中一个关键环节。与传统的发电技术相比，新能源和可再生能源发电装置输出功率存在波 动性和随机性，如光伏发电、风力发电和燃料电池等输出电压具有范围宽，等级低，波动大 的特点。而传统逆变器大多采用buck型桥式逆变器结构，其要求输入侧直流电压必须高于 输出侧交流电压峰值，因此传统逆变器并不适用于新能源和可再生能源发电技术的需要。
[0003] 对此，传统的解决方案有两种，第一种是在逆变器前加一级DC/DC变换器，提高逆 变器直流侧的输入电压，但级数的增加势必会降低整体的效率。另一种是隔离型方案，即在 逆变器中增加升压变压器以提高电压等级同时实现电气隔离，但变压器的加入也将增加系 统成本和体积并影响整体的变换效率。显然，能够直接实现可升降压的单级非隔离型方案 更加符合新能源和可再生能源发电技术的需要，但是现有的单级非隔离升降压逆变器中都 会用到大容量的电解电容进行储能，由于电解电容体积大、寿命短，所以导致逆变器功率密 度低，工作可靠性差，电解电容成为限制逆变器使用寿命的关键，研宄无电解电容的逆变器 成为逆变器未来的发展趋势。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种根据直流Zeta变换器 的设计方法进行设计的电路结构简单，控制容易，整体电路费用低工作效率高，整个电路无 桥臂直通问题，可靠性高，电路无电解电容，工作寿命长的电路参数设计简单，用两个相同 的Zeta变换器通过输入并联输出串联的单级非隔离无电解电容双Zeta逆变器。
[0005] 为了达到上述的发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 本发明包括第一Zeta电路和第二Zeta电路；第一Zeta电路中，第一功率开关管 的阳极接电源的正极，阴极接第一电感和第一电容的一端，第一电感的另一端接电源的负 极，第一电容的另一端接第三功率开关管的阳极和输出滤波电感的一端，第三功率开关管 的阴极接电源的负极，输出滤波电感的另一端接输出滤波电容和负载阻抗的一端，输出滤 波电容和负载阻抗的另一端接第四功率开关管和第二电容的一端，第四功率开关管的另一 端接电源的负极；第二Zeta电路中，第二功率开关管的阳极接电源的正极，阴极接第二电 感和第二电容的一端，第二电感的另一端接电源负极，第二电容的另一端接第四功率开关 管、输出滤波电容和负载阻抗的一端，第四功率开关管的另一端接电源的负极，输出滤波电 容和负载阻抗的另一端接输出滤波电感的一端，输出滤波电感的另一端接第三功率开关管 和第一电容的一端，第三功率开关管的另一端接电源的负极。
[0007] 在所述第一Zeta电路和第二Zeta电路中共用第三功率开关管、第四功率开关管、 输出滤波电感、输出滤波电容和负载阻抗。
[0008] 所述电源UDC为外接电源，外接电源是电压可波动的电源，它可低于也可高于输出 交流电压峰值。
[0009] 所述的第一电容、第二电容和输出滤波电容都为非电解电容，使得电路工作可靠， 寿命长。
[0010] 所述的第一、第二、第三、第四功率开关管都带有反并联二极管，使变换器可实现 能量双向流动。
[0011] 本发明的双Zeta逆变器采用输入并联输出串联的组合方式，该逆变器包含两个 Zeta电路单元，两个Zeta电路共用输出滤波电感和滤波电容。工作时该电路的第一功率开 关管和第二功率开关管分别工作于正弦波的正半周期和负半周期。第三功率开关管和第四 功率开关管采用半周期常开（闭）的工作方式，减小了开关损耗。第一电感和第二电感续 流时分别通过第三功率开关管和第四功率开关管的体二极管，减少了器件数量，使得电路 结构简单，控制方便。
[0012] 由于该电路工作时，任意时刻只有一个Zeta电路工作，所以对该逆变器的分析可 简化为对单个Zeta电路的分析。为简化分析做如下假设：（1)电路中所有元件都为理想器 件；（2)由于开关频率远大于基波频率，所以在几个开关周期内可认为电感电流平均值和 电容电压平均值恒定；（3)变换器工作于稳定状态。如附图8所示，当变换器工作于稳态时， 电感电流和电容电压在一个开关周期的变化量近似为零。令功率开关管S1开通时间与开 关周期的比为占空比d，则该逆变器存在如下关系：
[0013] 在0?dT时，功率开关管S1开通：
【主权项】
1. 单级非隔离无电解电容双Zeta逆变器，包括第一 Zeta电路和第二Zeta电路，其特 征是：第一 Zeta电路中，第一功率开关管的阳极接电源的正极，阴极接第一电感和第一电 容的一端，第一电感的另一端接电源的负极，第一电容的另一端接第三功率开关管的阳极 和输出滤波电感的一端，第三功率开关管的阴极接电源的负极，输出滤波电感的另一端接 输出滤波电容和负载阻抗的一端，输出滤波电容和负载阻抗的另一端接第四功率开关管和 第二电容的一端，第四功率开关管的另一端接电源的负极；第二Zeta电路中，第二功率开 关管的阳极接电源的正极，阴极接第二电感和第二电容的一端，第二电感的另一端接电源 负极，第二电容的另一端接第四功率开关管、输出滤波电容和负载阻抗的一端，第四功率开 关管的另一端接电源的负极，输出滤波电容和负载阻抗的另一端接输出滤波电感的一端， 输出滤波电感的另一端接第三功率开关管和第一电容的一端，第三功率开关管的另一端接 电源的负极。
2. 根据权利要求1所述的单级非隔离无电解电容双Zeta逆变器，其特征是：在所述第 一 Zeta电路和第二Zeta电路中共用第三功率开关管、第四功率开关管、输出滤波电感、输 出滤波电容和负载阻抗。
3. 根据权利要求1所述的单级非隔离无电解电容双Zeta逆变器，其特征是：所述电源 为电压可波动的外接电源。
4. 根据权利要求1所述的单级非隔离无电解电容双Zeta逆变器，其特征是：所述的第 一电容、第二电容和输出滤波电容都为非电解电容。
5. 根据权利要求1所述的单级非隔离无电解电容双Zeta逆变器，其特征是：所述的第 一、第二、第三、第四功率开关管都带有反并联二极管。
【专利摘要】本发明涉及一种单级非隔离无电解电容双Zeta逆变器，采用可实现升降压输出的两个Zeta型电路通过输出串联组成，能够实现DC/AC单相逆变。该逆变器的基本功能是：可以实现升降压逆变，在输入直流电压较低或变化范围较大时，双Zeta升降压逆变器仍能正常完成逆变功能；整个电路无桥臂直通问题，可靠性高；电路结构简单，控制容易，整体电路费用低工作效率高；电路参数设计简单，可以根据直流Zeta电路的设计方法进行设计，电路无电解电容，工作寿命长；电感电流工作在连续状态下，减少了EMI；整个电路只有四个有源器件，都为可双向工作器件，电路可实现能量的双向流动。
【IPC分类】H02M7-48
【公开号】CN104578856
【申请号】CN201410808919
【发明人】王立乔, 张晓静, 薛金柱
【申请人】燕山大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月23日