一種z源逆變電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)，具體的說是涉及一種Z源逆變電路。本發(fā)明的Z源逆變電路，包括Z源網(wǎng)絡(luò)和單相逆變電路，其特征在于，所述Z源網(wǎng)絡(luò)由二極管D1、D2、電感L1、L2、電容C1、C2、IGBT管S1、S2、S3、S4構(gòu)成，S1的漏極接電源E的正極，其源極接二極管D1的負極；S1的源極通過電感L1后接S2的漏極；S1的源級依次通過電感L1、二極管D2和電容C2后接S3和S4的漏極；二極管D1的正極接電源E的負極，二極管D1的正極依次通過電感L2和電容C1接S1的源極；二極管D1的正極接S3的源極。本發(fā)明的有益效果為，能夠有效的解決系統(tǒng)的啟動沖擊和器件應(yīng)力過大的問題、同時可以對逆變電路的輸出功率進行寬范圍、有效的調(diào)節(jié)。本發(fā)明尤其適用于Z源逆變電路。
【專利說明】—種Z源逆變電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)，具體的說是涉及一種Z源逆變電路。
【背景技術(shù)】
[0002]逆變電路是把直流電能(電池、蓄電瓶或者類似于直流電源的能量源，比如交流電經(jīng)過整流過后產(chǎn)生的近似于直流的電)轉(zhuǎn)變成交流電的電路，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。逆變電路可用于構(gòu)成各種交流電源，在已有的各種電源中，蓄電池、干電池、太陽能電池等都是直流電源，當需要這些電源向交流負載供電時，就需要逆變電路。另外，交流電機調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源、光伏發(fā)電系統(tǒng)等電力電子裝置都使用了逆變裝置。
[0003]目前廣泛應(yīng)用的基于DC-DC電路的逆變器如圖1和圖2所示，分別存在以下問題:
1.它們所接的逆變器要么是升壓型，要么是降壓型，而不可能是升/降壓型變換器，也即是說，它們可得到的輸出電壓范圍是有限的，要么低于輸出電源電壓要么高于電源輸入電壓，如果需要較寬的輸入電壓范圍，則需要再加一級DC/DC變換器，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。2.它們抗電磁干擾的能力較差，當由于電磁干擾導(dǎo)致上下橋臂短路或者開路時，易損壞系統(tǒng)，甚至燒毀系統(tǒng)。3.當直流電源E是由交流電經(jīng)過整流電路輸出來的直流電時，由于交流電經(jīng)過整流電路后得到的直流電含有很多脈動的諧波，因此不能直接接入直流斬波電路，還需在電源E之后和斬波電路之前加一級電容、電感或者電容電感組合的濾波電路，因此增加了成本。對于已經(jīng)廣泛使用的Z源逆變器如圖3所示，也存在一些缺陷:如電容電壓大于輸入電壓時，導(dǎo)致電容電壓應(yīng)力很大，為實現(xiàn)升壓的功能，電容電壓必須大于輸入電壓，導(dǎo)致電容體積與實現(xiàn)成本較高，另外變換器還存在啟動沖擊問題，啟動瞬間電路電流會非常大，從而損壞變換器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述傳統(tǒng)技術(shù)存在的問題，提出一種基于Z源的改進型逆變電路技術(shù)。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種Z源逆變電路，包括Z源網(wǎng)絡(luò)和單相逆變電路，其特征在于，所述Z源網(wǎng)絡(luò)由二極管D1、D2、電感L1、L2、電容C1、C2、IGBT管S1、S2、S3、S4構(gòu)成；其中，SI的漏極接電源E的正極，其源極接二極管Dl的負極；S1的源極通過電感LI后接S2的漏極；S1的源極依次通過電感L1、二極管D2和電容C2后接S3和S4的漏極；二極管Dl的正極接電源E的負極，二極管Dl的正極依次通過電感L2和電容Cl接SI的源極；二極管Dl的正極接S3的源極；S2的源極通過電感L2后接電源E的負極；S4的源極通過電感L2后接電源E的負極；所述單相逆變電路由逆導(dǎo)型IGBT管S5、S6、S7、S8和電阻R構(gòu)成；其中S5的漏極通過電容C2后接S3和S4的漏極；S5的漏極接S7的漏極，其源極通過電阻R后接S7的源極和S8的漏極；S5的源極接S6的漏極；S6的源極通過電感L2后接電源E的負極；S8的源極通過電感L2后接電源E的負極；電源E的負極接地 GND。[0006]本發(fā)明的有益效果為，能夠有效的解決系統(tǒng)的啟動沖擊和器件應(yīng)力過大的問題、同時可以對逆變電路的輸出功率進行寬范圍、有效的調(diào)節(jié)，當逆變電路上下橋臂同時導(dǎo)通時(也即橋臂直通)，可以保護系統(tǒng)避免因為短路而燒毀設(shè)備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為傳統(tǒng)的BUCK型單相逆變電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2為傳統(tǒng)的BOOST型單相逆變電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖3為傳統(tǒng)的Z源型單相逆變電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖4為本發(fā)明的Z源逆變電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖5為本發(fā)明的Z源逆變電路模態(tài)I的等效工作電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖6為本發(fā)明的Z源逆變電路模態(tài)2的等效工作電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖7為本發(fā)明的Z源逆變電路輸出電壓增益G與占空比D的關(guān)系示意圖；
[0014]圖8為傳統(tǒng)Z源型單相逆變電路電容電壓\與直流電源E的比值Vc/E與占空比D的關(guān)系不意圖；
[0015]圖9為傳統(tǒng)Z源逆變器輸出增益G與占空比D的關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案
[0017]本發(fā)明的Z源逆變電路，如圖4所示，包括Z源網(wǎng)絡(luò)和單相逆變電路，Z源網(wǎng)絡(luò)由二極管01、02、電感1^1、1^2、電容(:1、02、1681'管31、52、53、54構(gòu)成；其中，SI的漏極接電源E的正極，其源極接二極管Dl的負極；S1的源極通過電感LI后接S2的漏極；S1的源極依次通過電感L1、二極管D2和電容C2后接S3和S4的漏極；二極管Dl的正極接電源E的負極，二極管Dl的正極依次通過電感L2和電容Cl接SI的源極；二極管Dl的正極接S3的源極；S2的源極通過電感L2后接電源E的負極；S4的源極通過電感L2后接電源E的負極；所述單相逆變電路由逆導(dǎo)型IGBT管S5、S6、S7、S8和電阻R構(gòu)成；其中S5的漏極通過電容C2后接S3和S4的漏極；S5的漏極接S7的漏極，其源極通過電阻R后接S7的源極和S8的漏極；S5的源極接S6的漏極；S6的源極通過電感L2后接電源E的負極；S8的源極通過電感L2后接電源E的負極；電源E的負極接地GND。
[0018]本發(fā)明的Z源逆變電路包括2種工作模態(tài)，其模態(tài)I如圖5所示，逆變橋臂對稱導(dǎo)通或者對稱關(guān)斷，即當S5和S8同時導(dǎo)通的時候，S6和S7同時關(guān)斷，或者當S6和S7同時導(dǎo)通的時候，S5和S8同時關(guān)斷，這是系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。模態(tài)2如圖6所示，上下橋臂同時導(dǎo)通，即S5和S6同時導(dǎo)通，或者S7和S8同時導(dǎo)通，這是因為電磁干擾，而導(dǎo)致的不正常工作狀態(tài)。
[0019]本 發(fā)明的工作原理為:
[0020]模態(tài)I期間:S3斷開，S4導(dǎo)通，S1和S2同時導(dǎo)通或者同時斷開，通過控制S1和S2在一個工作周期內(nèi)導(dǎo)通時間和一個工作周期的時間比值(占空比)可以精確控制輸出到逆變電路的輸入電壓的大小，進而可以調(diào)控系統(tǒng)的逆變輸出功率。模態(tài)I里面C1和L2構(gòu)成LC濾波電路，對輸入電源E進行濾波，當直流電源E的電壓出現(xiàn)擾動的時候(一般E是交流電源經(jīng)整流電路后的電壓，輸出電壓不是純粹的直流，從示波器觀察整流電路的輸出，與直流相差很大，波形中含有較大的脈動成分，稱為紋波)，C1和L2構(gòu)成的LC濾波電路可以有良好的濾波效果。同時在本發(fā)明的電路中沒有啟動沖擊回路的存在，因此從硬件拓撲上解決了系統(tǒng)的啟動電流沖擊問題。在模態(tài)I中，按照S1和S2的工作狀態(tài)又可分為3種狀態(tài)，當SpS2同時導(dǎo)通或者同時關(guān)斷時，我們記這種情況為狀態(tài)1.1 ;當S1按一定占空比導(dǎo)通關(guān)斷、S2一直關(guān)斷時，我們記這種情況為狀態(tài)1.2 ;當S1 —直導(dǎo)通、S2按一定占空比導(dǎo)通關(guān)斷，我們記這種情況為狀態(tài)1.3 ;S1、S2的其他工作狀態(tài)都是不被允許的。
[0021]狀態(tài)1.1期間，當Sp S2同時導(dǎo)通時，直流電源E通過S1, S2給電感L1充電，L2和C1起到濾波的作用。二極管D1和D2截止，C2通過S4給逆變電路提供能量。當SpS2同時關(guān)斷時，二極管DnD2導(dǎo)通，電感LpL1和電容C1 一起給電容C2和逆變電路提供能量。設(shè)狀態(tài)
1.1時間為T，S^S2同時導(dǎo)通的時間為T1，狀態(tài)SpS2同時關(guān)斷的時間為T2，則存在I\+T2 =T ;通過控制Τ/ 的大小，即可調(diào)節(jié)逆變電路輸出功率的大小。因此，在狀態(tài)1.1期間，改進型Z源網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)類似于在輸入側(cè)添加了 LC濾波電路的BUCK-B00ST型逆變電路的工作狀態(tài)。
[0022]在狀態(tài)1.2期間，當S1導(dǎo)通時，電源E通過S1給電感L1和電容C2充電，同時給逆變電路提供能量。此時L2和C1起到濾波的作用，此時設(shè)電容C1兩端電壓為電感L2兩端電壓為則V。+' = Ε，因而當Sp S2同時導(dǎo)通時，電容C1兩端電壓小于電源電壓Ε。當S1關(guān)斷時，二極管D1和D2導(dǎo)通，電感LpL2X1給逆變電路提供能量。因此在狀態(tài)1.3期間，改進型Z源網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)類似于在輸入側(cè)添加了 LC濾波電路的BUCK型逆變電路的單相逆變電路工作狀態(tài)。 [0023]在狀態(tài)1.3期間，當S2導(dǎo)通時，電源E通過S1給電感L1充電，同時D2截止，C2給逆變電路提供能量。此時L2和C1起到濾波的作用。當S2關(guān)斷時，二極管D1和D2導(dǎo)通，電源E、電感L1、L2、電容C1給逆變電路提供能量。因此在狀態(tài)1.4期間，改進型Z源網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)類似于在輸入側(cè)添加了 LC濾波電路的BOOST型逆變電路工作狀態(tài)。
[0024]模態(tài)2期間=S1, S2和S4關(guān)斷，D1截止，D2, S3導(dǎo)通，此時L1, D1, C1, L2, C2, S3和逆變電路的導(dǎo)通橋臂s5，S6/S7，S8構(gòu)成環(huán)路(見附圖5)當橋臂直通時，C1通過直通橋臂給L1充電，同時C2通過直通橋臂給L2充電，因此直通橋臂包含在LC回路上，因此電流不會突變，因此保護了橋臂不會因過流而燒毀。而在傳統(tǒng)基于DC-DC電路的逆變器中(見附圖1，2)，如果橋臂短路，相當于將附圖1，2中的電容C短路，那么系統(tǒng)將直接因為短路而燒毀。因此本發(fā)明解決了橋臂直通時，保護電路不被燒毀。
[0025]綜上1.1和1.2兩個電路工作狀態(tài)，本發(fā)明提供了輸入直流電源濾波和功率輸出調(diào)節(jié)的作用，并防止了因為逆變電路上下橋臂直通燒毀設(shè)備。如圖7所示，為本發(fā)明的Z源逆變電路輸出電壓增益G與占空比D的關(guān)系示意圖，可見本發(fā)明提供了對逆變電路的輸出功率進行寬范圍、有效的調(diào)節(jié)功能。
[0026]傳統(tǒng)Z源逆變器，如圖3所示，當電路啟動的，系統(tǒng)存在一個環(huán)路，E — D1 — C1 — S5和S6的反并聯(lián)二極管(S6和S7的反并聯(lián)二極管)一C2 — GND,由于這個環(huán)路的存在，系統(tǒng)存在啟動沖擊。啟動瞬間電路電流會非常大，對器件非常不利。設(shè)傳統(tǒng)Z源逆變電路系統(tǒng)一個工作周期的時間為T，橋臂直通的時間設(shè)為Tl，橋臂非直通的工作時間設(shè)為T2，則滿足T^T2 = T，則傳統(tǒng)Z源逆變器的占空比定義為:D = T2/T，如圖9所示，D越靠近0.5，逆變器輸出電壓越大，但是與此同時如圖8所示，D越靠近0.5，電容電壓應(yīng)力也越大(電容電壓與電源電壓的比值Vc/E)，這對電容的要求很高。從本發(fā)明的電路圖來看，在模態(tài)I的三個狀態(tài)1.1、1.2、1.3中都存在電源E給電容C1、電感L2充電與電容C1、電感L2給逆變電路放電這兩個狀態(tài)，設(shè)電容C1和電感L2的電壓分別為V。、八，當電源E給電容Cp電感L2充電時，則K+' = E，此時電容C1兩端電壓小于電源電壓E，當電容C1、電感L2給逆變電路放電時，電容C1兩端電壓V。下降，因此在模態(tài)I中，電容C1兩端電壓始終小于電源電壓E，而電容C2電壓始終等于逆變電路輸出電壓，因此在正常工作的模態(tài)I中電容Q、C2沒有太大電壓應(yīng)力。從而，本發(fā)明解決了傳統(tǒng)Z源逆變系統(tǒng)的電容電壓應(yīng)力過大問題。
[0027]綜上所述:本發(fā)明解決了以下問題:1.系統(tǒng)的啟動電流沖擊和器件應(yīng)力過大的問題；2.能較好的在寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)逆變電路功率的輸出；3.在逆變電路橋臂直通時，能保護電路不被燒毀。
【權(quán)利要求】
1.一種Z源逆變電路，包括Z源網(wǎng)絡(luò)和單相逆變電路，其特征在于，所述Z源網(wǎng)絡(luò)由二極管Dl、D2、電感L1、L2、電容Cl、C2、IGBT管S1、S2、S3、S4構(gòu)成；其中，SI的漏極接電源E的正極，其源極接二極管Dl的負極；S1的源極通過電感LI后接S2的漏極；S1的源極依次通過電感L1、二極管D2和電容C2后接S3和S4的漏極；二極管Dl的正極接電源E的負極，二極管Dl的正極依次通過電感L2和電容Cl接SI的源極；二極管Dl的正極接S3的源極；S2的源極通過電感L2后接電源E的負極；S4的源極通過電感L2后接電源E的負極；所述單相逆變電路由逆導(dǎo)型1681'管55、56、57、58和電阻R構(gòu)成；其中S5的漏極通過電容C2后接S3和S4的漏極；S5的漏極接S7的漏極，其源極通過電阻R后接S7的源極和S8的漏極；S5的源極接S6的漏極；S6的源極通過電感L2后接電源E的負極；S8的源極通過電感L2后接電源E的負極；電源E的負極接地GND。
【文檔編號】H02M7/5387GK103986362SQ201410224916
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】畢闖, 向勇, 侯鵬, 胡金剛 申請人:電子科技大學(xué)