Z源逆变器rcd缓冲电路及含有该缓冲电路的z源逆变器拓扑电路的制作方法
【专利摘要】Z源逆变器RCD缓冲电路及含有该缓冲电路的Z源逆变器拓扑电路，涉及一种Z源逆变器的缓冲电路。它为了解决RC、RCD和RCD限幅型缓冲电路在Z源逆变器时会出现直流链电压产生斜坡，直流链电压值偏高和损耗大的问题。本发明所述Z源逆变器RCD缓冲电路及含有该缓冲电路的Z源逆变器拓扑电路将传统RCD缓冲电路中的无感电阻和开关器件串联后与快恢复二极管并联，然后整体与无感电容相串联后并联于Z源逆变器直流母线侧。该增设的开关器件，在Z源逆变器处于非直通状态时导通，在Z源逆变器处于直通状态时关断。避免了传统缓冲电路应用于Z源逆变器时产生的电压畸变、电压值偏高和直通损耗大的问题。本发明适用于中小功率的Z源逆变器。
【专利说明】Z源逆变器RCD缓冲电路及含有该缓冲电路的Z源逆变器 拓扑电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种Z源逆变器的缓冲电路。
【背景技术】
[0002] 传统C型缓冲电路应用于Z源逆变器中时，当直通状态来临时，相当于将带电电容 直接短路，对开关管和电容的电流冲击非常大。直流链电压等级高的情况下甚至会烧毁开 关管。并且，在中高功率等级的变换器应用场合，C型缓冲电路易与主电路杂散电感形成震 荡。RC、RCD和RCD限幅型缓冲电路在Z源逆变器时会出现直流链电压产生斜坡，直流链电 压值偏高和损耗大的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明是为了解决RC、RCD和RCD限幅型缓冲电路在Z源逆变器时会出现直流链 电压产生斜坡，直流链电压值偏高和损耗大的问题，现提供Z源逆变器RCD缓冲电路及含有 该缓冲电路的Z源逆变器拓扑电路。
[0004] Z源逆变器RCD缓冲电路，它包括：二极管、电阻和电容；
[0005] 所述二极管的正极连接电阻的一端，二极管的负极连接电容的一端；
[0006] 它还包括：开关；
[0007] 电阻的另一端连接开关的一端，开关的另一端同时连接二极管的负极和电容的一 端；
[0008] 二极管的正极与电阻的一端同时作为Z源逆变器RCD缓冲电路的正极；
[0009] 电容的另一端作为Z源逆变器RCD缓冲电路的负极。
[0010] 含有上述Z源逆变器RCD缓冲电路的Z源逆变器拓扑电路，它包括：电源、一号二 极管、一号电感、二号电感、一号电解电容、二号电解电容、一号IGBT、二号IGBT、三号IGBT、 四号IGBT、五号IGBT、六号IGBT和Z源逆变器RCD缓冲电路；
[0011] 电源的正极连接一号二极管D的正极，电源的负极同时连接二号电解电容的负极 和二号电感的一端，
[0012] -号二极管D的负极同时连接一号电感的一端和一号电解电容的正极，
[0013] 一号电感的另一端同时连接二号电解电容的负极、Z源逆变器RCD缓冲电路的正 极、一号IGBT的集电极、三号IGBT的集电极和五号IGBT的集电极，
[0014] 二号电感的另一端同时连接一号电解电容的负极、Z源逆变器RCD缓冲电路的正 极、二号IGBT的发射极、四号IGBT的发射极和六号IGBT的发射极，
[0015] -号IGBT的发射极与四号IGBT的集电极连接，并作为Z源逆变器拓扑电路的第 一输出端，
[0016] 三号IGBT的发射极与六号IGBT的集电极连接，并作为Z源逆变器拓扑电路的第 二输出端，
[0017] 五号IGBT的发射极与二号IGBT的集电极连接，并作为Z源逆变器拓扑电路的第 三输出端，
[0018] 一号IGBT、二号IGBT、三号IGBT、四号IGBT、五号IGBT和六号IGBT的两端均反并 联一个二极管。
[0019] 本发明提供一种低损耗、无电压畸变的Z源逆变器RCD缓冲电路及含有该缓冲电 路的Z源逆变器拓扑电路。本发明将传统RCD缓冲电路中的无感电阻和开关器件串联后与 快恢复二极管并联，然后再整体与无感电容相串联后并联于Z源逆变器直流母线侧，即通 过在传统的RCD缓冲电路中增设开关器件实现了低损耗和无电压畸变的目的。该增设的开 关器件，在Z源逆变器处于非直通状态时导通，在Z源逆变器处于直通状态时关断。不仅 降低了由于线路杂散电感造成的IGBT关断和反并联二极管反向恢复过程中产生的浪涌电 压。而且避免了传统缓冲电路应用于Z源逆变器时产生的电压畸变、电压值偏高和直通损 耗大的问题。
[0020] 本发明所述的Z源逆变器RCD缓冲电路及含有该缓冲电路的Z源逆变器拓扑电 路，适用于中小功率的Z源逆变器。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为【具体实施方式】一所述的Z源逆变器RCD缓冲电路的结构示意图；
[0022] 图2为【具体实施方式】七所述的含有Z源逆变器RCD缓冲电路的Z源逆变器拓扑电 路的结构不意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0023] 一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的Z源逆变器 RCD缓冲电路，它包括：二极管Ds、电阻Rs和电容Cs ;
[0024] 所述二极管Ds的正极连接电阻馬的一端，二极管Ds的负极连接电容C s的一端；
[0025] 它还包括：开关Ss;
[0026] 电阻Rs的另一端连接开关Ss的一端，开关Ss的另一端同时连接二极管D s的负极 和电容Cs的一端；
[0027] 二极管Ds的正极与电阻Rs的一端同时作为Z源逆变器RCD缓冲电路的正极；
[0028] 电容Cs的另一端作为Z源逆变器RCD缓冲电路的负极。
【具体实施方式】 [0029] 二：本实施方式是对一所述的Z源逆变器RCD缓冲电 路作进一步说明，本实施方式中，所述开关S s为IGBT。
[0030] IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，兼有 M0SFET 的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，驱动功率小而饱和压降低。
【具体实施方式】 [0031] 三：本实施方式是对一所述的Z源逆变器RCD缓冲电 路作进一步说明，本实施方式中，所述开关S s为M0SFET。
[0032] MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET),金属 氧化物半导体场效应管，驱动功率很小，开关速度快。
【具体实施方式】 [0033] 四：本实施方式是对一、二或三所述的Z源逆变器RCD 缓冲电路作进一步说明，本实施方式中，所述二极管Ds为快恢复二极管。
[0034] 快恢复二极管是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，因 基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低。
【具体实施方式】 [0035] 五：本实施方式是对一、二或三所述的Z源逆变器RCD 缓冲电路作进一步说明，本实施方式中，所述电阻Rs为无感电阻。
[0036] 无感电阻在使用中不容易产生震荡，不会损坏回路中的其他器件。
【具体实施方式】 [0037] 六：本实施方式是对一、二或三所述的Z源逆变器RCD 缓冲电路作进一步说明，本实施方式中，所述电容Cs为无感电容。
[0038] 无感电容具有自感小、等效串联电阻低、损耗小、绝缘电阻高、频率特性好和能经 受高电压、大电流冲击等特性。
【具体实施方式】 [0039] 七：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的含有具体实 施方式一所述的Z源逆变器RCD缓冲电路的Z源逆变器拓扑电路，它包括：电源V in、一号 二极管D、一号电感Q、二号电感L2、一号电解电容Q、二号电解电容C2、一号IGBTVi、二号 IGBTV2、三号IGBTV3、四号IGBTV4、五号IGBTV 5、六号IGBTV6和Z源逆变器RCD缓冲电路；
[0040] 电源Vin的正极连接一号二极管D的正极，电源Vin的负极同时连接二号电解电容 c2的负极和二号电感L2的一端，
[0041] -号二极管D的负极同时连接一号电感Q的一端和一号电解电容Q的正极，
[0042] 一号电感1^的另一端同时连接二号电解电容C2的负极、Z源逆变器RCD缓冲电路 的正极、一号IGBTVi的集电极、三号IGBTV 3的集电极和五号IGBTV5的集电极，
[0043] 二号电感1^2的另一端同时连接一号电解电容Q的负极、Z源逆变器RCD缓冲电路 的正极、二号igbtv 2的发射极、四号IGBTV4的发射极和六号IGBTV6的发射极，
[0044] 一号IGBTVi的发射极与四号IGBTV4的集电极连接，并作为Z源逆变器拓扑电路的 第一输出端，
[0045] 三号IGBTV3的发射极与六号IGBTV6的集电极连接，并作为Z源逆变器拓扑电路的 第二输出端，
[0046] 五号IGBTV5的发射极与二号IGBTV2的集电极连接，并作为Z源逆变器拓扑电路的 第三输出端，
[0047] 一号 IGBTVi、二号 IGBTV2、三号 IGBTV3、四号 IGBTV4、五号 IGBTV5 和六号 IGBTV6 的 两端均反并联一个二极管。
[0048] 本发明中，所述Z源逆变器为电压型三相Z源逆变器，它包括由两个电感和两个电 容组成的X形阻抗源网络。RCD(剩余电流动作保护器，Residual current devices)缓冲 电路中，无感电阻和开关器件串联后与快恢复二极管并联，然后再整体与无感电容相串联 后并联于Z源逆变器直流母线侧。
[0049] 工作原理：
[0050] 当Z源逆变器处于非直通状态时，开关Ss导通。当逆变桥电路中有开关器件由开 通转变为关断时，产生的电压尖峰沿着二极管D s给缓冲电容Cs谐振充电，然后缓冲电容Cs 沿着缓冲电阻Rs放电直至电压稳定至恒定值。
[0051] 当Z源逆变器处于直通状态时，开关Ss关断。这样缓冲电容Cs就不会沿着缓冲电 阻R s迅速放电，解决了由于直通造成的缓冲电路损耗问题。同时，由于缓冲电容Cs不参与 直通时的放电过程，也避免了电压畸变和电压值偏高的问题。
【权利要求】
1. Z源逆变器RCD缓冲电路，它包括：二极管（Ds)、电阻（Rs)和电容（Cs); 所述二极管（Ds)的正极连接电阻（Rs)的一端，二极管（Ds)的负极连接电容（C s)的一 端； 其特征在于，它还包括：开关（Ss); 电阻（Rs)的另一端连接开关（Ss)的一端，开关（Ss)的另一端同时连接二极管（D s)的 负极和电容（Cs)的一端； 二极管（Ds)的正极与电阻（Rs)的一端同时作为Z源逆变器RCD缓冲电路的正极； 电容（Cs)的另一端作为Z源逆变器RCD缓冲电路的负极。
2. 根据权利要求1所述的Z源逆变器RCD缓冲电路，其特征在于，所述开关（Ss)为 IGBT。
3. 根据权利要求1所述的Z源逆变器RCD缓冲电路，其特征在于，所述开关（Ss)为 MOSFET。
4. 根据权利要求1、2或3所述的Z源逆变器RCD缓冲电路，其特征在于，所述二极管 (Ds)为快恢复二极管。
5. 根据权利要求1、2或3所述的Z源逆变器RCD缓冲电路，其特征在于，所述电阻（Rs) 为无感电阻。
6. 根据权利要求1、2或3所述的Z源逆变器RCD缓冲电路，其特征在于，所述电容（Cs) 为无感电容。
7. 含有权利要求1所述的Z源逆变器RCD缓冲电路的Z源逆变器拓扑电路，其特征 在于，它包括：电源（Vin)、一号二极管（D)、一号电感（L)、二号电感（L 2)、一号电解电容 (Q、二号电解电容（C2)、一号 IGBTM)、二号 IGBT(V2)、三号 IGBT(V3)、四号 IGBT(V4)、五号 IGBT (V5)、六号IGBT (V6)和Z源逆变器RCD缓冲电路； 电源（Vin)的正极连接一号二极管（D)的正极，电源（Vin)的负极同时连接二号电解电 容（c2)的负极和二号电感（L2)的一端， 一号二极管（D)的负极同时连接一号电感（D的一端和一号电解电容（Q)的正极， 一号电感（U)的另一端同时连接二号电解电容（C2)的负极、Z源逆变器RCD缓冲电路 的正极、一号IGBT(VD的集电极、三号IGBT(V 3)的集电极和五号IGBT(V5)的集电极， 二号电感（L2)的另一端同时连接一号电解电容（CJ的负极、Z源逆变器RCD缓冲电路 的正极、二号IGBT(V2)的发射极、四号IGBT(V4)的发射极和六号IGBT(V 6)的发射极， 一号IGBT(VJ的发射极与四号IGBT(V4)的集电极连接，并作为Z源逆变器拓扑电路的 第一输出端， 三号IGBT(V3)的发射极与六号IGBT(V6)的集电极连接，并作为Z源逆变器拓扑电路的 第二输出端， 五号IGBT(V5)的发射极与二号IGBT(V2)的集电极连接，并作为Z源逆变器拓扑电路的 第三输出端， 一号 IGBT (VJ、二号 IGBT (V2)、三号 IGBT (V3)、四号 IGBT (V4)、五号 IGBT (V5)和六号 IGBT (V6)的两端均反并联一个二极管。
【文档编号】H02M7/5387GK104092363SQ201410350072
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】张千帆, 董帅, 周超伟, 那拓扑, 李为汉 申请人:哈尔滨工业大学