一種準(zhǔn)z源逆變器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種準(zhǔn)z源逆變器，包括依次連接的升壓網(wǎng)絡(luò)、準(zhǔn)z源電路、全橋逆變器；升壓網(wǎng)絡(luò)包括第一二極管、第三電感、第二二極管和第三電容，準(zhǔn)z源電路包括第一電感、第二電感、第一電容、第二電容和第三二極管。第一二極管串接于第二電感和第三電感之間，第二二極管并聯(lián)于第一二極管和第三電感兩端，第三電容并聯(lián)于第二電感和第一二極管兩端，第三二極管連接在第一電感和第二電感之間，第一電容并聯(lián)在第一電感和第三二極管兩端，第二電容連接在直流源的負(fù)極和第一電感之間，直流電壓源正極與逆變器相連，本發(fā)明具有升壓高、穩(wěn)定、體積小、效率高、電容電壓應(yīng)力低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種準(zhǔn)Z源逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于逆變領(lǐng)域，涉及一種準(zhǔn)z源逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)重以及地球生態(tài)環(huán)境的日趨惡化，全世界都在努力尋找一種可以持續(xù)利用并對我們的生態(tài)環(huán)境沒有污染的新型能源，光伏太陽能等新能源此時(shí)成為各國競相爭奪的科技制高點(diǎn)，而逆變技術(shù)正是整套系統(tǒng)的核心技術(shù)。隨著DSP技術(shù)以及大功率、高頻率開關(guān)器件的快速發(fā)展以及造價(jià)成本不斷降低，推動著大功率、低成本、高效的逆變器不斷向前發(fā)展，應(yīng)用到工業(yè)、軍工、民用等方方面面。因而研制新型、高能效比、安全、穩(wěn)定的逆變器具有十分重要的作用，能積極促進(jìn)光伏并網(wǎng)發(fā)電等新能源的大力發(fā)展，促進(jìn)中國在能源戰(zhàn)略上具有更大的優(yōu)勢。
[0003]目前對于逆變器的研究主要集中在如何改進(jìn)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與控制策略方面，而為了增加其工作的可靠性，多是在逆變器中增加緩沖電路，但這不僅增加了整個(gè)系統(tǒng)的損耗，也同時(shí)降低了逆變器的效率。除此之外，傳統(tǒng)逆變器無法單級實(shí)現(xiàn)直流電源的升降壓與逆變，需增加前級DC-DC環(huán)節(jié)，從而使系統(tǒng)的控制變得復(fù)雜，效率低下，在器件的使用方面也不具備優(yōu)勢。因此，研究高可靠性、高效率、結(jié)構(gòu)簡單的新型逆變器具有非常現(xiàn)實(shí)的意義，也是目前逆變技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種可以實(shí)現(xiàn)在較小的直通占空比情況下實(shí)現(xiàn)任意倍數(shù)的升壓或在相同的直通占空比情況下極大增高其升壓倍數(shù)，單級結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了升降壓與逆變，具有非常高的升降壓能力、可靠性和效率，同時(shí)大大減少了電容電壓應(yīng)力的準(zhǔn)z源逆變器。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的準(zhǔn)z源逆變器，包括依次連接的升壓網(wǎng)絡(luò)、準(zhǔn)z源電路、全橋逆變器。升壓網(wǎng)絡(luò)包括第一二極管、第三電感、第二二極管和第三電容，第三電容的一端同時(shí)與第一二極管的陰極和第三電感的一端連接，第一二極管的陽極和第二二極管的陽極連接，第三電感的另一端與第二二極管的陰極連接。
[0006]準(zhǔn)z源電路包括第一電感、第二電感、第一電容、第二電容和第三二極管，第一電感的一端與第三二極管的陽極連接，另一端與第一電容的一端連接，第一電容的另一端與第三二極管的陰極連接，第三二極管的陰極同時(shí)還與第二電感的一端和第二電容的一端連接，以及升壓網(wǎng)絡(luò)中第三電容的一端連接，第二電感的另一端與升壓網(wǎng)絡(luò)中第一二極管的陽極連接，第二電容的另一端與升壓網(wǎng)絡(luò)中第二二極管的陰極連接，第三電容的另一端即為與第一二極管的陰極連接的一端。
[0007]準(zhǔn)z源電路中第一電感與第一電容連接的一端，同時(shí)還與全橋逆變器的陰極連接。
[0008]在發(fā)明一種實(shí)施例中，當(dāng)斷開可控開關(guān)時(shí)，第三二極管和第一二極管處于關(guān)斷狀態(tài)，第二二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)準(zhǔn)z源逆變器處于直通狀態(tài)。[0009]在發(fā)明另一種實(shí)施例中，當(dāng)導(dǎo)通可控開關(guān)時(shí)，第二二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，第三二極管和第一二極管處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)準(zhǔn)z源逆變器處于非直通狀態(tài)。
[0010]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011]本發(fā)明可以單級實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓的任意比例的升降壓，不需要在前級加入DC-DC升降壓電路，具有很高的可靠性和效率，同普通阻抗網(wǎng)絡(luò)型逆變器相比，具有更高的升降壓倍數(shù)，能有效地減少電容電壓應(yīng)力，可以實(shí)現(xiàn)軟啟動特性。
[0012]圖4中曲線I的升壓能力明顯高于其他兩種拓?fù)涞纳龎耗芰ΑＳ蓤D5、圖6可以看出，當(dāng)直流鏈峰值電壓均為155V時(shí)，本發(fā)明準(zhǔn)Z源逆變器中的VC2高于擴(kuò)展型準(zhǔn)Z源逆變器，VCl與VC3均小于擴(kuò)展型準(zhǔn)Z源逆變器，并且兩種拓?fù)洚?dāng)中電容電壓應(yīng)力最大的VC2與VCl基本相同。因此可以證明，本發(fā)明準(zhǔn)Z源逆變器能夠有效地減小電容電壓應(yīng)力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的準(zhǔn)z源逆變器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2是本發(fā)明的準(zhǔn)z源逆變器在直通狀態(tài)下的等效電路圖；
[0015]圖3是本發(fā)明的準(zhǔn)z源逆變器在非直通狀態(tài)下的等效電路圖；
[0016]圖4為3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的升壓能力Matlab/Simulink仿真圖；
[0017]圖5為擴(kuò)展型準(zhǔn)Z源逆變器的電容電壓應(yīng)力Matlab/Simulink仿真圖；
[0018]圖6為本發(fā)明準(zhǔn)Z源逆變器電容電壓應(yīng)力Matlab/Simulink仿真圖。
[0019]圖中有:升壓網(wǎng)絡(luò)B、準(zhǔn)z源電路Q、全橋逆變器C、直流電源S、第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一二極管D1、第二二極管C2、第三二極管D3、第一可控開關(guān)S1、第二可控開關(guān)S2、第三可控開關(guān)S3、第四可控開關(guān)S4、第五可控開關(guān)S5、第六可控開關(guān)S6。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下通過具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施過程和產(chǎn)生的有益效果，意在幫助讀者更好底理解本發(fā)明的本質(zhì)和特點(diǎn)，不作為對本案可實(shí)施范圍的限定。
[0021]本發(fā)明用于將直流電源逆變?yōu)榻涣麟娫?，直流源連接方式如下:直流電源正極與全橋逆變器C的正極相連，直流電源負(fù)極與生涯網(wǎng)絡(luò)B中第二二極管負(fù)極連接，直流電源可為光伏太能能電池組以及普通直流源。
[0022]請參閱圖1，本發(fā)明的準(zhǔn)z源逆變器器包括:升壓網(wǎng)絡(luò)B、準(zhǔn)z源電路Q、全橋逆變器C，全橋逆變器包括可控開關(guān)，其中準(zhǔn)z源電路Q為傳統(tǒng)的準(zhǔn)z源電路。升壓網(wǎng)絡(luò)B包括第一二極管D1、第三電感L3、第二二極管D2和第三電容C3，第三電容C3的一端同時(shí)與第一二極管Dl的陰極和第三電感L3的一端連接，第一二極管Dl的陽極和第二二極管D2的陽極連接，第三電感L3的另一端與第二二極管D2的陰極連接。
[0023]準(zhǔn)z源電路Q包括第一電感L1、第二電感L2、第一電容Cl、第二電容C2和第三二極管D3，第一電感LI的一端與第三二極管D3的陽極連接，另一端與第一電容Cl的一端連接，第一電容Cl的另一端與第三二極管D3的陰極連接，第三二極管D3的陰極同時(shí)還與第二電感L2的一端和第二電容C2的一端連接，以及升壓網(wǎng)絡(luò)中第三電容的一端連接，第三電容的另一端與第一二極管的陰極相連，第二電感L2的另一端與升壓網(wǎng)絡(luò)B中第一二極管Dl的陽極連接，同時(shí)還與升壓網(wǎng)絡(luò)B中第二二極管D2的陽極連接，第二電容C2的另一端與升壓網(wǎng)絡(luò)B中第二二極管D2的陰極連接，即升壓網(wǎng)絡(luò)B中第二二極管D2與第三電感L3相連的一端；準(zhǔn)z源電路Q中第一電感LI與第一電容Cl連接的一端，同時(shí)還與全橋逆變器C的陰極連接，全橋逆變器包含可控開關(guān)器件。
[0024]其中3個(gè)電感L1、L2、L3的電感值是相等的，3個(gè)電容Cl、C2、C3的電容值是相等的，即阻抗網(wǎng)絡(luò)具有對稱性。
[0025]請參閱圖2，當(dāng)上下橋臂可控開關(guān)第一可控開關(guān)S1、第二可控開關(guān)S2或者、第三可控開關(guān)S3、、第四可控開關(guān)S4或者、第五可控開關(guān)S5、、第六可控開關(guān)S6同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，二極管Dl和二極管D3處于關(guān)斷狀態(tài)，二極管D2處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)準(zhǔn)z源逆變器處于直通狀態(tài)。
[0026]逆變器工作于直通狀態(tài)，此時(shí)逆變器短路相當(dāng)于一根導(dǎo)線，二極管D2處于導(dǎo)通狀態(tài)，二極管Dl和二極管D3處于阻斷狀態(tài)。假設(shè)逆變器開關(guān)器件開關(guān)周期為T，直通狀態(tài)時(shí)間為Ta，而且Ta/T=D，D即為直通時(shí)間占整個(gè)開關(guān)周期的百分比，即為直通占空比。根據(jù)等效電路圖，由對稱性可以得出此時(shí)的電路方程如下:
[0027]Vdc+VC2 = Vli
[0028]Vdc+Vcl = VL2
[0029]Vdc+Vci+Vc3 = VL3 (I)
[0030]說明:V表不各兀器件電壓，Vli表不電感LI兩端電壓，Vl2表不電感L2兩端電壓，Vl3表不電感L3兩端電壓，Vci表不電容Cl兩端電壓，Vc2表不電容C2兩端電壓，Vc3表不電容C3兩端電壓，Vdc表示直流電壓源兩端電壓。
[0031]請參閱圖3，當(dāng)逆變器正常工作時(shí)，二極管Dl和二極管D3處于導(dǎo)通狀態(tài)，極管D2處于斷開狀態(tài)，此時(shí)改進(jìn)型準(zhǔn)z源逆變器處于非直通狀態(tài)。
[0032]逆變器工作于非直通狀態(tài)，此時(shí)逆變器相當(dāng)于電壓源Vpn，二極管Dl和二極管D3處于導(dǎo)通狀態(tài)，二極管D2處于斷開狀態(tài)，此時(shí)準(zhǔn)z源逆變器處于非直通狀態(tài)。根據(jù)等效電路圖，由對稱性可以得到如下電路方程:
[0033]Vli = -Vci
[0034]VL2 = -Vc3
[0035]Vc2-Vc3 = Vl3
[0036]Vdc+VG1+VC2 = Vpn (2)
[0037]說明:V表不各兀器件電壓，Vli表不電感LI兩端電壓，Vl2表不電感L2兩端電壓，Vl3表不電感L3兩端電壓，Vci表不電容Cl兩端電壓，Vc2表不電容C2兩端電壓，Vc3表不電容C3兩端電壓，Vdc表示直流電壓源兩端電壓，Vpn表示相應(yīng)于逆變器的電壓源電壓。
[0038]根據(jù)式子(I) ( 2)并由電感在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的伏秒平衡原理，即電感兩端的電壓在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的積分為零的特性，可以推出如下式:
[0039]DT (Vdc+VC2) = (1-D) TVci
[0040]DT (Vci+Vdc) = (1-D) TVc3
[0041]DT(Vcl+VC3+Vdc) = (1-D)T(Vc2-Vc3) (3)
[0042]由式子(3)可以推出如下式:[0043]vpn=1/d2-3d+1 ⑷
[0044]從式(4)可以看出，加在逆變器兩端的電壓Vpn與直流側(cè)電壓Vd。成反比例關(guān)系，極大地實(shí)現(xiàn)了直流側(cè)電壓的升壓能力，可以給調(diào)制比更大的調(diào)整空間，同時(shí)可可以控制直通占空比從零逐漸地增加，相應(yīng)地電容上的電壓也從零開始逐漸地增加，所以在啟動時(shí)電容上的電壓不會突增，即可實(shí)現(xiàn)軟啟動性能。
[0045]以上僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的實(shí)用范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原理的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù) 的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種準(zhǔn)Z源逆變器，其特征在于，該逆變器包括依次連接的升壓網(wǎng)絡(luò)(B)、準(zhǔn)Z源電路(Q)、全橋逆變器(C); 所述升壓網(wǎng)絡(luò)(B)包括第一二極管(D1)、第三電感(L3)、第二二極管(D2)和第三電容(C3)，所述第三電容(C3)的一端同時(shí)與第一二極管(Dl)的陰極和第三電感(L3)的一端連接，所述第一二極管(Dl)的陽極與第二二極管(D2)的陽極連接，第三電感(L3)的另一端與第二二極管(D2)的陰極連接； 所述準(zhǔn)z源電路(Q)包括第一電感(LI)、第二電感(L2)、第一電容(Cl)、第二電容(C2)和第三二極管(D3)，所述第一電感(LI)的一端與第三二極管(D3)的陽極連接，另一端與第一電容(Cl)的一端連接，第一電容(Cl)的另一端與第三二極管(D3)的陰極連接，所述第三二極管(D3)的陰極同時(shí)還與第二電感(L2)的一端和第二電容(C2)的一端，以及升壓網(wǎng)絡(luò)(B)中第三電容(C3)的一端連接，所述第二電感(L2)的另一端與升壓網(wǎng)絡(luò)(B)中第一二極管(Dl)的陽極連接，所述第二電容(C2)的另一端與升壓網(wǎng)絡(luò)(B)中第二二極管(D2)的陰極連接，第三電容(C3)的另一端即為與第一二極管(Dl)的陰極連接的一端； 所述準(zhǔn)z源電路(Q)中第一電感(LI)與第一電容(Cl)連接的一端，同時(shí)還與全橋逆變器(C)的陰極連接。
【文檔編號】H02M7/48GK103701342SQ201310699489
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】梅軍, 鄭建勇, 孫博, 鄧凱, 付廣旭 申請人:東南大學(xué)