一种基于碳化硅器件的高效光伏离网Z源逆变器的制作方法

本实用新型涉及一种Z源逆变器，尤其是涉及一种基于碳化硅器件的高效光伏离网Z源逆变器。

背景技术：

目前市场上逆变器采用的拓扑结构中，全桥逆变器的拓扑结构应用较多。传统全桥逆变器中电压型逆变器和电流型逆变器存在着一定的问题，电压型逆变器输出电压较直流母线电压稍低，全桥逆变电路存在桥臂直通情况，所以在电路驱动控制部分需要加入死区时间，但死区时间的加入会使得电路输出波形发生畸变，谐波含量增多。以上原因导致了电压型逆变器应用时控制方式较复杂，输出波形质量不稳定。电流型逆变器结构和Boost升压电路结构很相似，具有升压特点。电流型逆变器结构中需要串联一个较大的电感，这导致了电流型逆变电路在控制时需要考虑重叠时间。Z源逆变器主要实现对输入电压的升压与降压，不需要引入新一级的升压与降压电路，使得电路简化，减少了器件使用。Z源逆变器无需担心电路中开关管直通和上桥臂或下桥臂同时导通的情况，不用担心开关管误导通对电路的影响。减少了电压型逆变器的死区时间和电流型逆变器的重叠时间，从减少了谐波含量，以及波形畸变。但在单相Z源逆变器中较难实现较大的升降压比，本拓扑中将Boost结构和单相Z源逆变器结合，可以有效实现单相逆变电路在较大范围内升降压。

现有光伏Z源逆变器一般选用硅 MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)作为功率器件。由于硅 MOSFET内置体二极管的反向恢复时间长，不能满足高频工作条件，故在频率高于100kHz的应用场合中，一般需要在硅 MOSFET的外部设置两个外置二极管作为高速快恢复器件，以屏蔽硅 MOSFET内部寄生二极管,从而导致电路包含的器件数量多，结构复杂，功率密度低，使得器件的电气性能和可靠性均受到影响。

由于光伏，蓄电池，风电中输出电压较低，需要逆变器升压，而一般采用带Boost的逆变电路，或带高频变压器的逆变电路，逆变电路中MOSFET使用较多，对整个逆变器的效率和波形质量有影响。

另外在常见的Z源逆变器中，其升压条件有限，即升压比较低。由于逆变因子和升压因子是耦合关系，所以Z源逆变器升压会受此影响。

然而，硅MOSFET的开关损耗和导通损耗均较大，耐压低，在 800kHz以上应用，所需驱动功率大。

碳化硅材料击穿电场强度约为硅材料的10倍，且本征载流子浓度更低。

碳化硅MOSFET高频特性好，驱动功率小，结温高，故相同的半导体封装可以配置更大的电流容量，约是硅 MOSFET 的两倍。

碳化硅MOSFET内置反并联二极管的反向恢复时间明显低于硅 MOSFET的内置体二极管，故可以满足高频(如1MHz以下)的工作条件，从而可以省去额外设置的外部快恢复二极管，简化了电路结构，提高了逆变器性能。

由于采用碳化硅MOSFET，使得相同输出功率下，逆变器体积缩小一半，从而减小了器件的杂散参数，提升了高频性能。

技术实现要素：

本实用新型主要解决现有技术存在的问题；提供一种将Boost和Z源逆变器结合的结构，有效节约使用过多的器件；另外与传统逆变器相比，基于碳化硅器件的高效光伏离网Z源逆变器提高了升压比，扩大了电压输入范围，应用面有所提高。

本实用新型另一目的是解决现有技术所存在的效率问题；提供一种采用碳化硅器件来降低整个逆变器由于开关器件产生的损耗造成效率低的问题，未使用传统逆变器硅器件外加的快恢复二极管，省了器件和空间。基于碳化硅器件的高效光伏离网Z源逆变器在高频（低于1MHz）时，其效率较普通硅器件更高。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决：

一种基于碳化硅器件的高效光伏离网Z源逆变器，其特征在于，包括与光伏电池输出端对接的光伏电池PV滤波电容C1，输入与光伏电池PV滤波电容C1两端连接的Boost电路拓扑，以及与Boost电路拓扑输出连接的Z源逆变拓扑。

为了提高Z源逆变器的升压比，本实用新型采用将Boost电路结合在Z源逆变器中，在升压比需求较大时加入电路中升压，在拓扑结构上得到优化，减少了开关器件的使用以及磁性材料的使用。

在上述的一种基于碳化硅器件的高效光伏离网Z源逆变器，所述Boost电路拓扑包括开关管S0、电路电感L1以及碳化硅二极管D1；开关管S0、电路电感L1与光伏电池PV滤波电容C1组成的回路，Z源逆变拓扑输入经过碳化硅二极管Ｄ1后与开关管S0输出端连接。

在上述的一种基于碳化硅器件的高效光伏离网Z源逆变器，所述Z源逆变拓扑包括对称电感L2和L3和对称电容C2和C3，从而组成一个Z形网络，Z形网络输出与全桥逆变电路输入连接，全桥逆变电路包括MOS管S1、S2、S3、S4。

在上述的一种基于碳化硅器件的高效光伏离网Z源逆变器，所述开关管S0、MOS管S1、S2、S3、S4均采用碳化硅MOS管，且Z源逆变拓扑输入端的一端接碳化硅二极管Ｄ1后与开关管S0的漏极连接，另一端与开关管S0的源极连接。

因此，本实用新型具有如下优点：1、采用将Boost和Z源逆变器结合，有效节约使用过多的器件，另外与传统逆变器相比，提高了升压比，也扩大了电压输入范围，应用面有所提高。2、采用碳化硅器件来降低整个逆变器由于开关器件产生的损耗,提高了整机效率，未使用常规逆变器常用硅器件加的快恢复二极管，省了器件和空间。在效率上由于碳化硅器件在高频（低于1MHz）时，其效率较普通硅器件更高。

附图说明

图1 为本实用新型的电路拓扑示意图。

图2 为本实用新型中采用的碳化硅MOS管示意图。

图3为本实用新型中采用的硅MOS管示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。

实施例：

如图1所示，本实用新型包括光伏电池PV正负极接滤波电容C1正负极，C1电容的正极串联Boost电路电感L1，连接开关管S0漏极以及功率碳化硅二极管D1正极，电容C1负极连接碳化硅MOSFET管S0的源极，Ｚ源部分对称电感L2和L3，对称电容C2和C3，以及全桥逆变部分碳化硅MOSFET S1、S2、S3、S4。本部分中，为了提高Ｚ源逆变器的升压比，在前级加入了Boost拓扑部分，后级为传统的Z源逆变器。

在附图２中是传统逆变器采用的硅器件MOSFET，通常情况下硅器件由于快速恢复特性较慢，需要加D3和D2两个快恢复二极管以保证电路的正常工作，附图３为本实用新型采用的碳化硅MOSFET，碳化硅器件的开关频率高，导通电阻低，另外耐压高，快恢复特性较好。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。