無電容z源逆變器拓撲結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種逆變器，特別涉及一種無電容Z源逆變器拓撲結構。
【背景技術】
[0002] 現有的Z源逆變器的拓撲結構有多種，如：如圖2所示的傳統(tǒng)Z源逆變器、如圖3 所示的準Z源逆變器、如圖4所示的開關電感Z源逆變器和如圖5所示的準開關電感Z源 逆變器等。從圖2~5可以看出，以上各種Z源逆變器中除了有電感元件以外，均含有電容 元件。由于電容元件的存在，則不可避免的存在系統(tǒng)壽命較短、電感和電容之間可能存在諧 振現象、系統(tǒng)啟動時可能存在沖擊電流；此外，以上Z源逆變器中電感電流應力較大，且只 能通過改變直通占空比的方式改變電壓增益。
[0003] 此外，電感型Z源逆變器中不含有電容元件，僅含有電感和二極管元件，但是該逆 變器屬于電流型逆變器，僅含有直通和有源開關狀態(tài)，不含有零開關狀態(tài)。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種無電容Z源逆變器拓撲結構，該結構可 延長系統(tǒng)的使用壽命、縮小系統(tǒng)的體積、降低系統(tǒng)成本、避免了由于電容和電感共存引起的 諧振現象，避免了 Z源逆變器啟動時存在的沖擊電流，并允許零狀態(tài)的存在。
[0005] 如上構思，本發(fā)明的技術方案是：一種無電容Z源逆變器拓撲結構，包括直流電源 和逆變橋，其特征在于：在直流電源與逆變橋之間連接一個電感型Z源網絡，該電感型Z源 網絡由兩部分并聯組成，它們是：由帶反并聯二極管的開關管和單一電感串聯組成的開關 管單元、電感和二極管組成的擴展開關電感網絡；所述擴展開關電感網絡是由η個電感組 成的η-1個電路單元，每個電路單元含有二個電感和三個二極管，二個電感分別為1#電感 和2#電感，三個二極管分別為1#二極管、2#二極管和3#二極管；對于兩個相鄰單元，前一 個單元的2#電感為后一個單元的1#電感；所述每個電路單元的1#電感的一端與1#二極 管的陽極相連，1#電感的另一端與2#和3#二極管的陽極相連；2#電感的一端與1#和2# 二極管的陰極相連，2#電感的另一端與3#二極管的陰極相連。
[0006] 所述電感型Z源網絡連接在直流電源與逆變橋的下橋臂之間。
[0007] 所述電感型Z源網絡連接在直流電源與逆變橋的上橋臂之間。
[0008] 本發(fā)明的工作過程是：
[0009] 1、當工作于直通狀態(tài)時，所述二極管和電感網絡中任意一個單元，1#和3#二極管 導通，2#二極管截止，各單元中的1#和2#電感呈并聯連接，此時電感存儲能量；0#二極管 導通，0#電感存儲能量。
[0010] 2、當工作于非直通狀態(tài)時，所述擴展開關電感網絡中任意一個單元，1#和3#二極 管截止，2#二極管導通，各單元中的1#和2#電感呈串聯連接，此時電感向負載釋放能量； 〇#二極管導通，〇#電感釋放能量。
[0011] 3、當逆變器工作于零狀態(tài)時，開關管單元中的開關管S7導通，為擴展開關電感網 絡中的電感提供續(xù)流回路，避免電感電流斷續(xù)產生的電壓泵升，進而引起的系統(tǒng)不可控問 題。
[0012] 本發(fā)明具有如下的優(yōu)點和積極效果：
[0013] 1.解決了電感型Z源逆變器中不能含有零狀態(tài)的缺陷。
[0014] 2.除掉了電容元件作為Z源逆變器中Z源網絡中必須的組成部分，可延長系統(tǒng)的 使用壽命、縮小系統(tǒng)體積和降低系統(tǒng)成本。
[0015] 3.由于去除了電容元件，改進的電感型Z源逆變器避免了由于電容和電感共存引 起的諧振現象。
[0016] 4.由于去除了電容元件，改進的電感型Z源逆變器避免了 Z源逆變器啟動時存在 的沖擊電流。
[0017] 5.在相同電壓增益的條件下，改進的電感型Z源逆變器的電感電流增益小于傳統(tǒng) Z源逆變器和開關電感Z源逆變器。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的無電容Z源逆變器拓撲結構；
[0019] 圖2為傳統(tǒng)Z源逆變器；
[0020] 圖3為準Z源逆變器；
[0021] 圖4為開關電感Z源逆變器；
[0022] 圖5為開關電感準Z源逆變器；
[0023] 圖6為本發(fā)明的直通狀態(tài)時，無電容Z源逆變器拓撲結構；
[0024] 圖7為本發(fā)明的非直通狀態(tài)時，改進的電感型Z逆變器拓撲結構；
[0025] 圖8為本發(fā)明的不同η值時，改進的電感型Z源逆變器電壓增益曲線；
[0026] 圖9為本發(fā)明與不同類型Z源逆變器和η取不同值時改進的電感型Z源逆變器電 壓增益對比曲線；
[0027] 圖10為本發(fā)明中的電感電流應力曲線；
[0028] 圖11為開關電感Z源逆變器和開關電感準Z源逆變器中電感電流應力曲線。
【具體實施方式】
[0029] 結合附圖對本發(fā)明的無電容Z源逆變器拓撲結構加以說明。
[0030] 如圖1所示，其中Iq=L1=L2L 3=…Ln ^Ln=L, η為電感的個數。
[0031] 本發(fā)明改進的電感型Z源逆變器的結構是由直流電源Vd。、電感型Z源網絡和逆變 橋組成。所述電感型Z源網絡連接在直流電源與逆變橋的下橋臂之間，或連接在直流電源 與逆變橋的上橋臂之間。
[0032] 其中電感型Z源網絡由兩部分并聯組成，兩部分分別為：①由帶反并聯二極管的 開關管S 7和單一電感L。串聯組成的開關管單元、②電感和二極管組成的擴展開關電感網 絡。擴展開關電感網絡是由η個電感和3Χ (η-1)個二極管組成。其中L1的一端與Dlil的 陽極相連，L1的另一端與D li2和Du3的陽極相連。L2的一端與Dui和D li2的陰極相連，與D2il 的陽極相連山2的另一端與D2,2和D2, 3的陽極相連。以此類推，可知Ln i的一端與Dn ^和 Dn 2,2的陰極相連，與Dn 的陽極相連；L2的另一端與Dn 1ι2和Dn 1ι3的陽極相連。Ln的一端 與Dn u和Dn 1ι2的陰極相連，Ln的另一端與Dn 1ι3相連。另外，改進電感型Z源網絡可放在 直流電源Vd。與逆變橋的下橋臂之間，也可以放在直流電源Vd。與逆變橋的上橋臂之間。
[0033] 當工作于直通狀態(tài)時的等效電路如圖6所示，擴展開關電感網絡等效成n+1個電 感并聯，此時電感存儲能量。
[0034] 當工作于非直通狀態(tài)時等效電路如圖7所示，可等效成各個電感串聯，此時電感 向負載釋放能量。
[0035] 該Z源逆變器的電壓增益為：
[0037] 其中：η為電感和二極管網絡中電感的數量；D為直通占空比。
[0038] 擴展開關電感網絡中平均電感電流為：
[0042] 其中：L為電感和二極管網絡中電感元件的電感量A為負載電感；R1為負載電 阻；V d。為直流電源電壓。
[0043] 且電感和二極管網絡中各電感電流均相等，該Z源逆變器中，負載平均電流為：
[0049] 圖8所示的η取不同值時的改進的電感型Z源逆變器電壓增益曲線，圖中可知，該 逆變器可通過調整Z源網絡中含有電感的個數和直通占空比兩種方式調整逆變器的電壓 增益；與其它類型Z源逆變器相比，該逆變器調節(jié)電壓增益的方式更多樣化。
[0050] 圖9所示的不同類型Z源逆變器和η取不同值時改進的電感型Z源逆變器電壓增 益對比曲線。從圖中可知改進的電感型Z源逆變器可通過調整電感的數量來調節(jié)電壓增 益，可使該增益在一定區(qū)間內優(yōu)于其它類型的Z源逆變器，適合于當直通占空比變化范圍 較小時的情況；此外，改進的電感型Z源逆變器的電壓增益較其它類型Z源逆變器變化平 穩(wěn)，這樣使其控制更為方便。其中=SL-ZSI為開關電感型Z源逆變器；SL-qZSI為開關電感 準Z源逆變器。
[0051] 圖9不同η值時，改進的電感型Z源逆變器與其它Z源逆變器電壓增益對比曲線， 圖10改進的電感型Z源逆變器中電感電流應力變化曲線，圖11為開關電感型Z源逆變器 與開關電感準Z源逆變器中電感電流應力對比曲線。
[0052] 從圖10和11可以看出，改進的電感型Z源逆變器中電感電流應力變化較小在 η=2,4,6,8,且在相同電壓增益時，改進的電感型Z源逆變器中的電感電流應力低于開關電 感型Z源逆變器和開關電感準Z源逆變器中的電流應力。
[0053] 表1給出了在相同直通占空比條件下，改進的電感型Z源逆變器、電感型Z源逆變 器、開關電感Z源逆變器和開關電感準Z源逆變器中各種應力的對比（負載為純阻性）。
[0054] 表1改進的電感型Z源逆變器與其它類型Z源逆變器中各元件應力比較
【主權項】
1. 一種無電容Z源逆變器拓撲結構，包括直流電源和逆變橋，其特征在于：在直流電源 與逆變橋之間連接一個電感型Z源網絡，該電感型Z源網絡由兩部分并聯組成，它們是：由 帶反并聯二極管的開關管和單一電感串聯組成的開關管單元、電感和二極管組成的擴展開 關電感網絡；所述擴展開關電感網絡為由n個電感組成的n-1個電路單元，每個電路單元含 有二個電感和三個二極管，二個電感分別為1#電感和2#電感,三個二極管分別為1#二極 管、2#二極管和3#二極管；對于兩個相鄰單元，前一個單元的2#電感為后一個單元的1#電 感；所述每個電路單元的1#電感的一端與1#二極管的陽極相連，1#電感的另一端與2#和 3#二極管的陽極相連；2#電感的一端與1#和2#二極管的陰極相連，2#電感的另一端與3# 二極管的陰極相連。2. 根據權利要求1所述的無電容Z源逆變器拓撲結構，其特征在于：所述電感型Z源 網絡連接在直流電源與逆變橋的下橋臂之間。3. 根據權利要求1所述的無電容Z源逆變器拓撲結構，其特征在于：所述電感型Z源 網絡連接在直流電源與逆變橋的上橋臂之間。
【專利摘要】一種無電容Z源逆變器拓撲結構，在直流電源與逆變橋之間連接有一個電感型Z源網絡，該Z源網絡由兩部分并聯組成，它們是：由帶反并聯二極管的開關管和單一電感串聯組成的開關管單元、電感和二極管組成的擴展開關電感網絡；所述擴展開關電感網絡為由n個電感組成的n-1個電路單元，每個電路單元含有二個電感和三個二極管，二個電感分別為1#電感和2#電感，三個二極管分別為1#二極管、2#二極管和3#二極管；對于兩個相鄰單元，前一個單元的2#電感為后一個單元的1#電感。該結構可延長系統(tǒng)的使用壽命、縮小系統(tǒng)的體積、降低系統(tǒng)成本、避免了由于電容和電感共存引起的諧振現象，避免了Z源逆變器啟動時存在的沖擊電流，并允許零狀態(tài)的存在。
【IPC分類】H02M1/32, H02M7/5387
【公開號】CN105099250
【申請?zhí)枴緾N201410210370
【發(fā)明人】潘雷, 龔威, 蘇剛, 王貝貝
【申請人】天津城建大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月19日