Z源逆變器rcd緩沖電路及含有該緩沖電路的z源逆變器拓?fù)潆娐返闹谱鞣椒?br>
【專利摘要】Z源逆變器RCD緩沖電路及含有該緩沖電路的Z源逆變器拓?fù)潆娐?，涉及一種Z源逆變器的緩沖電路。它為了解決RC、RCD和RCD限幅型緩沖電路在Z源逆變器時(shí)會(huì)出現(xiàn)直流鏈電壓產(chǎn)生斜坡，直流鏈電壓值偏高和損耗大的問題。本發(fā)明所述Z源逆變器RCD緩沖電路及含有該緩沖電路的Z源逆變器拓?fù)潆娐穼鹘y(tǒng)RCD緩沖電路中的無感電阻和開關(guān)器件串聯(lián)后與快恢復(fù)二極管并聯(lián)，然后整體與無感電容相串聯(lián)后并聯(lián)于Z源逆變器直流母線側(cè)。該增設(shè)的開關(guān)器件，在Z源逆變器處于非直通狀態(tài)時(shí)導(dǎo)通，在Z源逆變器處于直通狀態(tài)時(shí)關(guān)斷。避免了傳統(tǒng)緩沖電路應(yīng)用于Z源逆變器時(shí)產(chǎn)生的電壓畸變、電壓值偏高和直通損耗大的問題。本發(fā)明適用于中小功率的Z源逆變器。
【專利說明】Z源逆變器RCD緩沖電路及含有該緩沖電路的Z源逆變器 拓?fù)潆娐?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種Z源逆變器的緩沖電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)C型緩沖電路應(yīng)用于Z源逆變器中時(shí)，當(dāng)直通狀態(tài)來臨時(shí)，相當(dāng)于將帶電電容 直接短路，對開關(guān)管和電容的電流沖擊非常大。直流鏈電壓等級(jí)高的情況下甚至?xí)龤ч_ 關(guān)管。并且，在中高功率等級(jí)的變換器應(yīng)用場合，C型緩沖電路易與主電路雜散電感形成震 蕩。RC、RCD和RCD限幅型緩沖電路在Z源逆變器時(shí)會(huì)出現(xiàn)直流鏈電壓產(chǎn)生斜坡，直流鏈電 壓值偏高和損耗大的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明是為了解決RC、RCD和RCD限幅型緩沖電路在Z源逆變器時(shí)會(huì)出現(xiàn)直流鏈 電壓產(chǎn)生斜坡，直流鏈電壓值偏高和損耗大的問題，現(xiàn)提供Z源逆變器RCD緩沖電路及含有 該緩沖電路的Z源逆變器拓?fù)潆娐贰?br>
[0004] Z源逆變器RCD緩沖電路，它包括：二極管、電阻和電容；
[0005] 所述二極管的正極連接電阻的一端，二極管的負(fù)極連接電容的一端；
[0006] 它還包括：開關(guān)；
[0007] 電阻的另一端連接開關(guān)的一端，開關(guān)的另一端同時(shí)連接二極管的負(fù)極和電容的一 端；
[0008] 二極管的正極與電阻的一端同時(shí)作為Z源逆變器RCD緩沖電路的正極；
[0009] 電容的另一端作為Z源逆變器RCD緩沖電路的負(fù)極。
[0010] 含有上述Z源逆變器RCD緩沖電路的Z源逆變器拓?fù)潆娐?，它包括：電源、一?hào)二 極管、一號(hào)電感、二號(hào)電感、一號(hào)電解電容、二號(hào)電解電容、一號(hào)IGBT、二號(hào)IGBT、三號(hào)IGBT、 四號(hào)IGBT、五號(hào)IGBT、六號(hào)IGBT和Z源逆變器RCD緩沖電路；
[0011] 電源的正極連接一號(hào)二極管D的正極，電源的負(fù)極同時(shí)連接二號(hào)電解電容的負(fù)極 和二號(hào)電感的一端，
[0012] -號(hào)二極管D的負(fù)極同時(shí)連接一號(hào)電感的一端和一號(hào)電解電容的正極，
[0013] 一號(hào)電感的另一端同時(shí)連接二號(hào)電解電容的負(fù)極、Z源逆變器RCD緩沖電路的正 極、一號(hào)IGBT的集電極、三號(hào)IGBT的集電極和五號(hào)IGBT的集電極，
[0014] 二號(hào)電感的另一端同時(shí)連接一號(hào)電解電容的負(fù)極、Z源逆變器RCD緩沖電路的正 極、二號(hào)IGBT的發(fā)射極、四號(hào)IGBT的發(fā)射極和六號(hào)IGBT的發(fā)射極，
[0015] -號(hào)IGBT的發(fā)射極與四號(hào)IGBT的集電極連接，并作為Z源逆變器拓?fù)潆娐返牡?一輸出端，
[0016] 三號(hào)IGBT的發(fā)射極與六號(hào)IGBT的集電極連接，并作為Z源逆變器拓?fù)潆娐返牡?二輸出端，
[0017] 五號(hào)IGBT的發(fā)射極與二號(hào)IGBT的集電極連接，并作為Z源逆變器拓?fù)潆娐返牡?三輸出端，
[0018] 一號(hào)IGBT、二號(hào)IGBT、三號(hào)IGBT、四號(hào)IGBT、五號(hào)IGBT和六號(hào)IGBT的兩端均反并 聯(lián)一個(gè)二極管。
[0019] 本發(fā)明提供一種低損耗、無電壓畸變的Z源逆變器RCD緩沖電路及含有該緩沖電 路的Z源逆變器拓?fù)潆娐?。本發(fā)明將傳統(tǒng)RCD緩沖電路中的無感電阻和開關(guān)器件串聯(lián)后與 快恢復(fù)二極管并聯(lián)，然后再整體與無感電容相串聯(lián)后并聯(lián)于Z源逆變器直流母線側(cè)，即通 過在傳統(tǒng)的RCD緩沖電路中增設(shè)開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)了低損耗和無電壓畸變的目的。該增設(shè)的開 關(guān)器件，在Z源逆變器處于非直通狀態(tài)時(shí)導(dǎo)通，在Z源逆變器處于直通狀態(tài)時(shí)關(guān)斷。不僅 降低了由于線路雜散電感造成的IGBT關(guān)斷和反并聯(lián)二極管反向恢復(fù)過程中產(chǎn)生的浪涌電 壓。而且避免了傳統(tǒng)緩沖電路應(yīng)用于Z源逆變器時(shí)產(chǎn)生的電壓畸變、電壓值偏高和直通損 耗大的問題。
[0020] 本發(fā)明所述的Z源逆變器RCD緩沖電路及含有該緩沖電路的Z源逆變器拓?fù)潆?路，適用于中小功率的Z源逆變器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1為【具體實(shí)施方式】一所述的Z源逆變器RCD緩沖電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2為【具體實(shí)施方式】七所述的含有Z源逆變器RCD緩沖電路的Z源逆變器拓?fù)潆?路的結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0023] 一：參照圖1具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的Z源逆變器 RCD緩沖電路，它包括：二極管Ds、電阻Rs和電容Cs ;
[0024] 所述二極管Ds的正極連接電阻馬的一端，二極管Ds的負(fù)極連接電容C s的一端；
[0025] 它還包括：開關(guān)Ss;
[0026] 電阻Rs的另一端連接開關(guān)Ss的一端，開關(guān)Ss的另一端同時(shí)連接二極管D s的負(fù)極 和電容Cs的一端；
[0027] 二極管Ds的正極與電阻Rs的一端同時(shí)作為Z源逆變器RCD緩沖電路的正極；
[0028] 電容Cs的另一端作為Z源逆變器RCD緩沖電路的負(fù)極。
【具體實(shí)施方式】 [0029] 二：本實(shí)施方式是對一所述的Z源逆變器RCD緩沖電 路作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述開關(guān)S s為IGBT。
[0030] IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，兼有 M0SFET 的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。
【具體實(shí)施方式】 [0031] 三：本實(shí)施方式是對一所述的Z源逆變器RCD緩沖電 路作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述開關(guān)S s為M0SFET。
[0032] MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET),金屬 氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快。
【具體實(shí)施方式】 [0033] 四：本實(shí)施方式是對一、二或三所述的Z源逆變器RCD 緩沖電路作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述二極管Ds為快恢復(fù)二極管。
[0034] 快恢復(fù)二極管是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管，因 基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低。
【具體實(shí)施方式】 [0035] 五：本實(shí)施方式是對一、二或三所述的Z源逆變器RCD 緩沖電路作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述電阻Rs為無感電阻。
[0036] 無感電阻在使用中不容易產(chǎn)生震蕩，不會(huì)損壞回路中的其他器件。
【具體實(shí)施方式】 [0037] 六：本實(shí)施方式是對一、二或三所述的Z源逆變器RCD 緩沖電路作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述電容Cs為無感電容。
[0038] 無感電容具有自感小、等效串聯(lián)電阻低、損耗小、絕緣電阻高、頻率特性好和能經(jīng) 受高電壓、大電流沖擊等特性。
【具體實(shí)施方式】 [0039] 七：參照圖2具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的含有具體實(shí) 施方式一所述的Z源逆變器RCD緩沖電路的Z源逆變器拓?fù)潆娐?，它包括：電源V in、一號(hào) 二極管D、一號(hào)電感Q、二號(hào)電感L2、一號(hào)電解電容Q、二號(hào)電解電容C2、一號(hào)IGBTVi、二號(hào) IGBTV2、三號(hào)IGBTV3、四號(hào)IGBTV4、五號(hào)IGBTV 5、六號(hào)IGBTV6和Z源逆變器RCD緩沖電路；
[0040] 電源Vin的正極連接一號(hào)二極管D的正極，電源Vin的負(fù)極同時(shí)連接二號(hào)電解電容 c2的負(fù)極和二號(hào)電感L2的一端，
[0041] -號(hào)二極管D的負(fù)極同時(shí)連接一號(hào)電感Q的一端和一號(hào)電解電容Q的正極，
[0042] 一號(hào)電感1^的另一端同時(shí)連接二號(hào)電解電容C2的負(fù)極、Z源逆變器RCD緩沖電路 的正極、一號(hào)IGBTVi的集電極、三號(hào)IGBTV 3的集電極和五號(hào)IGBTV5的集電極，
[0043] 二號(hào)電感1^2的另一端同時(shí)連接一號(hào)電解電容Q的負(fù)極、Z源逆變器RCD緩沖電路 的正極、二號(hào)igbtv 2的發(fā)射極、四號(hào)IGBTV4的發(fā)射極和六號(hào)IGBTV6的發(fā)射極，
[0044] 一號(hào)IGBTVi的發(fā)射極與四號(hào)IGBTV4的集電極連接，并作為Z源逆變器拓?fù)潆娐返?第一輸出端，
[0045] 三號(hào)IGBTV3的發(fā)射極與六號(hào)IGBTV6的集電極連接，并作為Z源逆變器拓?fù)潆娐返?第二輸出端，
[0046] 五號(hào)IGBTV5的發(fā)射極與二號(hào)IGBTV2的集電極連接，并作為Z源逆變器拓?fù)潆娐返?第三輸出端，
[0047] 一號(hào) IGBTVi、二號(hào) IGBTV2、三號(hào) IGBTV3、四號(hào) IGBTV4、五號(hào) IGBTV5 和六號(hào) IGBTV6 的 兩端均反并聯(lián)一個(gè)二極管。
[0048] 本發(fā)明中，所述Z源逆變器為電壓型三相Z源逆變器，它包括由兩個(gè)電感和兩個(gè)電 容組成的X形阻抗源網(wǎng)絡(luò)。RCD(剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，Residual current devices)緩沖 電路中，無感電阻和開關(guān)器件串聯(lián)后與快恢復(fù)二極管并聯(lián)，然后再整體與無感電容相串聯(lián) 后并聯(lián)于Z源逆變器直流母線側(cè)。
[0049] 工作原理：
[0050] 當(dāng)Z源逆變器處于非直通狀態(tài)時(shí)，開關(guān)Ss導(dǎo)通。當(dāng)逆變橋電路中有開關(guān)器件由開 通轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷時(shí)，產(chǎn)生的電壓尖峰沿著二極管D s給緩沖電容Cs諧振充電，然后緩沖電容Cs 沿著緩沖電阻Rs放電直至電壓穩(wěn)定至恒定值。
[0051] 當(dāng)Z源逆變器處于直通狀態(tài)時(shí)，開關(guān)Ss關(guān)斷。這樣緩沖電容Cs就不會(huì)沿著緩沖電 阻R s迅速放電，解決了由于直通造成的緩沖電路損耗問題。同時(shí)，由于緩沖電容Cs不參與 直通時(shí)的放電過程，也避免了電壓畸變和電壓值偏高的問題。
【權(quán)利要求】
1. Z源逆變器RCD緩沖電路，它包括：二極管（Ds)、電阻（Rs)和電容（Cs); 所述二極管（Ds)的正極連接電阻（Rs)的一端，二極管（Ds)的負(fù)極連接電容（C s)的一 端； 其特征在于，它還包括：開關(guān)（Ss); 電阻（Rs)的另一端連接開關(guān)（Ss)的一端，開關(guān)（Ss)的另一端同時(shí)連接二極管（D s)的 負(fù)極和電容（Cs)的一端； 二極管（Ds)的正極與電阻（Rs)的一端同時(shí)作為Z源逆變器RCD緩沖電路的正極； 電容（Cs)的另一端作為Z源逆變器RCD緩沖電路的負(fù)極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z源逆變器RCD緩沖電路，其特征在于，所述開關(guān)（Ss)為 IGBT。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z源逆變器RCD緩沖電路，其特征在于，所述開關(guān)（Ss)為 MOSFET。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的Z源逆變器RCD緩沖電路，其特征在于，所述二極管 (Ds)為快恢復(fù)二極管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的Z源逆變器RCD緩沖電路，其特征在于，所述電阻（Rs) 為無感電阻。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的Z源逆變器RCD緩沖電路，其特征在于，所述電容（Cs) 為無感電容。
7. 含有權(quán)利要求1所述的Z源逆變器RCD緩沖電路的Z源逆變器拓?fù)潆娐?，其特?在于，它包括：電源（Vin)、一號(hào)二極管（D)、一號(hào)電感（L)、二號(hào)電感（L 2)、一號(hào)電解電容 (Q、二號(hào)電解電容（C2)、一號(hào) IGBTM)、二號(hào) IGBT(V2)、三號(hào) IGBT(V3)、四號(hào) IGBT(V4)、五號(hào) IGBT (V5)、六號(hào)IGBT (V6)和Z源逆變器RCD緩沖電路； 電源（Vin)的正極連接一號(hào)二極管（D)的正極，電源（Vin)的負(fù)極同時(shí)連接二號(hào)電解電 容（c2)的負(fù)極和二號(hào)電感（L2)的一端， 一號(hào)二極管（D)的負(fù)極同時(shí)連接一號(hào)電感（D的一端和一號(hào)電解電容（Q)的正極， 一號(hào)電感（U)的另一端同時(shí)連接二號(hào)電解電容（C2)的負(fù)極、Z源逆變器RCD緩沖電路 的正極、一號(hào)IGBT(VD的集電極、三號(hào)IGBT(V 3)的集電極和五號(hào)IGBT(V5)的集電極， 二號(hào)電感（L2)的另一端同時(shí)連接一號(hào)電解電容（CJ的負(fù)極、Z源逆變器RCD緩沖電路 的正極、二號(hào)IGBT(V2)的發(fā)射極、四號(hào)IGBT(V4)的發(fā)射極和六號(hào)IGBT(V 6)的發(fā)射極， 一號(hào)IGBT(VJ的發(fā)射極與四號(hào)IGBT(V4)的集電極連接，并作為Z源逆變器拓?fù)潆娐返?第一輸出端， 三號(hào)IGBT(V3)的發(fā)射極與六號(hào)IGBT(V6)的集電極連接，并作為Z源逆變器拓?fù)潆娐返? 第二輸出端， 五號(hào)IGBT(V5)的發(fā)射極與二號(hào)IGBT(V2)的集電極連接，并作為Z源逆變器拓?fù)潆娐返? 第三輸出端， 一號(hào) IGBT (VJ、二號(hào) IGBT (V2)、三號(hào) IGBT (V3)、四號(hào) IGBT (V4)、五號(hào) IGBT (V5)和六號(hào) IGBT (V6)的兩端均反并聯(lián)一個(gè)二極管。
【文檔編號(hào)】H02M7/5387GK104092363SQ201410350072
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】張千帆, 董帥, 周超偉, 那拓?fù)? 李為漢 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)