一種增強型z源逆變器及其工作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力變換器領域，尤其涉及一種增強型Z源逆變器及其工作方法。
【背景技術】
[0002] 傳統的逆變電路分為電壓源和電流源這兩類，然而這兩類逆變器存在下述共同缺 點，它們或是升壓型，或是降壓型變換器，而不可能是升/降壓型變換器。而且它們抗電磁 干擾的能力較差，當由于電磁干擾導致橋臂短路或是開路時，容易造成變流器損壞。由此， 于2002年美國密西根州立大學的彭方正教授提出了一種新型逆變器，該逆變器則為Z源逆 變器。Z源逆變器提供了一種新的思路和理論，可以克服傳統電壓源和電流源逆變器的不足 之處。
[0003] Z源逆變器自提出以來，以其獨特的優點在新能源發電系統等具有輸入電壓大范 圍變化特點的場合得到了廣泛的應用。但現有的Z源拓撲仍存在諸多缺陷：①升壓能力有 限，若要提高升壓能力，需增大直通占空比，勢必減小調制比，導致功率器件的應力增大。② 輸入電流斷續，直流電壓利用率低。③存在啟動沖擊回路，影響逆變器性能。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術的缺點，本發明提供一種增強型Z源逆變器及其工作方法。該Z源逆變器能夠提高升壓比，有效地解決啟動沖擊問題，并能保證輸入電流連續以提高直流 電壓的利用率。
[0005]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0006]一種增強型Z源逆變器，包括：
[0007] Boost輸入級電路、Z源阻抗網絡電路和橋式逆變器；
[0008] 所述Z源阻抗網絡電路串聯于Boost輸入級電路與橋式逆變器之間；
[0009] 所述Z源阻抗網絡電路包括第一電感單元和第二電感單元，第一電感單元的輸入 端與第二電感單元的輸出端之間串接有第一電容，第一電感單元的輸出端與第二電感單元 的輸入端之間串接有第二電容；所述第二電感單元的電路結構與第一電感單元呈中心對 稱。
[0010] 所述Boost輸入級電路包括輸入電感和開關管，所述輸入電感的一端連接直流電 源的正極端，另一端連接輸入二極管；開關管的一端連接輸入電感與輸入二極管的連接點， 另一端連接直流電源的負極端。
[0011] 所述第一電感單元包括并聯連接的兩支路，每條支路包括串聯連接的電感元件和 二極管元件，兩條支路上的電感元件和二極管元件連接點之間串接一個二極管元件；根據 二極管元件的單向導電性，分別形成兩條支路上電感元件并聯及串聯。
[0012] 所述第一電容與第二電容具有相同的電容量。
[0013]所述第一電感單元與第二電感單元中的電感元件具有相同的電感量。
[0014]所述橋式逆變器為三相橋式逆變器或單相橋式逆變器。
[0015] -種增強型Z源逆變器的工作方法，包括：
[0016] 當橋式逆變器的橋臂等效為短路狀態時，增強型Z源逆變器處于直通工作狀態， 此時Boost輸入級電路中的開關管處于導通狀態；
[0017] 當橋式逆變器的橋臂等效為電流源時，增強型Z源逆變器處于非直通工作狀態， 此時Boost輸入級電路中的開關管處于關斷狀態，Z源阻抗網絡電路輸出的相電壓峰值Udb 為，
[0018] Udb=M*B*(Udc/2) (11)
[0019] 其中，B為Boost輸入級的升壓比；M為橋式逆變器的調制比；Ud。為Boost輸入級 電路中直流電源的電壓。
[0020] 當增強型Z源逆變器處于直通工作狀態時，Boost輸入級電路中的開關管閉合，輸 入二極管關斷，Boost輸入級電路中開關管的狀態與直通狀態同步；在第一電感單元中的 兩條支路形成并聯型電感，并由第一電容充電；在第二電感單元中的兩條支路也形成并聯 型電感，并由第二電容充電。
[0021] 當增強型Z源逆變器處于非直通工作狀態時，Boost輸入級電路中的開關管關斷， 輸入二極管導通；在第一電感單元中的兩條支路形成串聯型電感，向第一電容供電；在第 二電感單元中的兩條支路也形成串聯型電感，向第二電容供電。
[0022] 當增強型Z源逆變器中的電感和電容分別具有相同的電感量和電容量，且增強型 Z源逆變器處于非直通工作狀杰時，逆變橋直流鏈峰值電壓泛所為：
[0023]
( 10 }
[0024] 其中，Udc為Boost輸入級電路中直流電源的電壓；D。為直通占空比。
[0025] 本發明的有益效果為：
[0026] (1)本發明在傳統Z源逆變器拓撲的基礎上，利用增加的一個開關管和輸入電感， 與傳統Z源逆變器拓撲中的二極管一起，相當于在前級形成Boost電路，能夠提高逆變器的 升壓比，且該有源開關的通斷狀態與逆變器的直通狀態同步，只需將直通狀態通過驅動電 路即可驅動增加的有源開關，無需增加額外的控制電路，控制結構簡單；
[0027] (2)此外，由于輸入電感的加入，在直通狀態時為輸入電流提供續流通路，使輸入 電流連續，省去了前級濾波器。同時由于電感電流不能突變，在啟動過程中極大減小了阻抗 網絡上的電容的沖擊電流，從而不需要采用軟啟動策略，簡化了啟動過程；
[0028] (3)本發明的Z源逆變器拓撲結構中的Z源阻抗網絡中包括第一電感單元和第二 電感單元，這兩個單元的作用不僅是在主電路開關過程中將電容能量存儲，而且能夠將能 量傳遞到直流鏈路，本發明的Z源逆變器相比于傳統的Z源逆變器，能夠獲得更大的升壓 比。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發明的增強型Z源逆變器的拓撲結構示意圖；
[0030] 圖2是本發明的增強型Z源逆變器的處于直通狀態下電路結構示意圖；
[0031] 圖3是本發明的增強型Z源逆變器的處于非直通狀態下電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明：
[0033] 如圖1所示，本發明的增強型Z源逆變器，包括：
[0034] Boost輸入級電路、Z源阻抗網絡電路和橋式逆變器；
[0035] Z源阻抗網絡電路串聯于Boost輸入級電路與橋式逆變器之間；
[0036] Z源阻抗網絡電路包括包含開關元件的第一電感單元和包含開關元件的第二電感 單元，第一電感單元的輸入端與第二電感單元的輸出端之間串接有第一電容，第一電感單 元的輸出端與第二電感單元的輸入端之間串接有第二電容；第二電感單元的電路結構與第 一電感單元呈中心對稱。
[0037] 其中，Boost輸入級電路包括輸入電感Lin和開關管S7，輸入電感Lin的一端連接直 流電源的正極端，另一端連接輸入二極管Din的陽極；開關管S7的一端連接輸入電感Lin與 輸入二極管Din的連接點，另一端連接直流電源的負極端；輸入二極管Din的陰極和直流電 源的負極端的負極端為Boost輸入級電路的輸出端口。
[0038] 第一電感單元和第二電感單元均可為一條支路，且在該支路上僅串接一個電感元 件。
[0039] 優選地，第一電感單元的具體電路結構，包括并聯連接的第一支路和第二支路，第 一條支路包括電感Q，電感Q的一端連接二極管Din的陰極，另一端連接至二極管D2的陽 極，二極管D2的陰極連接至橋式逆變器的第一輸入端；第二條支路包括二極管Di，二極管Di 的陽極連接二極管Din的陰極，二極管Di的陰極連接電感L3的一端，電感L3的另一端連接 至橋式逆變器的第一輸入端；
[0040] 第一電感單元還包括二極管D3，二極管D3的陽極連接至電感Li與二極管D2的連 接點處，二極管D3的陰極連接至電感L3與二極管Di的連接點處。
[0041] 優選地，與第一電感單元呈中性對稱的第二電感單元的具體電路結構，包括并聯 連接的兩條支路，一條支路包括電感L4，電感L4的一端連接直流電源負極，另一端連接至二 極管D5的陰極，二極管D5的陽極連接至橋式逆變器的第二輸入端；另一條支路包括二極管 D4，二極管D4的陰極連接直流電源負極，二極管D4的陽極連接電感L2的一端，電感L2的另 一端連接至橋式逆變器的第二輸入端；
[0042] 第二電感單元還包括二極管D6，二極管D6的陽極連接至電感L2與二極管D4的連 接點處，二極管D6的陰極連接至電感L4與二極管D5的連接點處。
[0043] 進一步地，電容Q與電容C2具有相同的電容量。
[0044] 進一步地，電感Q與電感L3具有相同的電感量。
[0045] 電感L2與電感L4具有相同的電感量。
[0046] 橋式逆變器為三相橋式逆變器或單相橋式逆變器。
[0047] 本發明的增強型Z源逆變器與傳統的增強型Z源逆變器相比：
[0048] 第一，增加有源開關和電感并與原電路二極管形成Boost電路：
[0049] 本發明在傳統Z源逆變器拓撲的基礎上，利用增加的開關管S7和輸入電感Lin，與 傳統Z源逆變器拓撲中的輸入二極管Din-起，相當于在前級形成Boost電路，能夠提高逆 變器的升壓比，且該有源開關的通斷狀態與逆變器的直通狀態同步，只需將直通狀態通過 驅動電路即可驅動增加的有源開關，無需增加額外的控制電路，控制結構簡單。此外，由于 電感Lin的加入，在直通狀態時為輸入電流提供續流通路，使輸入電流連續，省