本實用新型涉及一種Z源逆變器，尤其是涉及一種基于碳化硅器件的高效光伏離網(wǎng)Z源逆變器。

背景技術(shù)：

目前市場上逆變器采用的拓撲結(jié)構(gòu)中，全橋逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多。傳統(tǒng)全橋逆變器中電壓型逆變器和電流型逆變器存在著一定的問題，電壓型逆變器輸出電壓較直流母線電壓稍低，全橋逆變電路存在橋臂直通情況，所以在電路驅(qū)動控制部分需要加入死區(qū)時間，但死區(qū)時間的加入會使得電路輸出波形發(fā)生畸變，諧波含量增多。以上原因?qū)е铝穗妷盒湍孀兤鲬?yīng)用時控制方式較復(fù)雜，輸出波形質(zhì)量不穩(wěn)定。電流型逆變器結(jié)構(gòu)和Boost升壓電路結(jié)構(gòu)很相似，具有升壓特點。電流型逆變器結(jié)構(gòu)中需要串聯(lián)一個較大的電感，這導(dǎo)致了電流型逆變電路在控制時需要考慮重疊時間。Z源逆變器主要實現(xiàn)對輸入電壓的升壓與降壓，不需要引入新一級的升壓與降壓電路，使得電路簡化，減少了器件使用。Z源逆變器無需擔(dān)心電路中開關(guān)管直通和上橋臂或下橋臂同時導(dǎo)通的情況，不用擔(dān)心開關(guān)管誤導(dǎo)通對電路的影響。減少了電壓型逆變器的死區(qū)時間和電流型逆變器的重疊時間，從減少了諧波含量，以及波形畸變。但在單相Z源逆變器中較難實現(xiàn)較大的升降壓比，本拓撲中將Boost結(jié)構(gòu)和單相Z源逆變器結(jié)合，可以有效實現(xiàn)單相逆變電路在較大范圍內(nèi)升降壓。

現(xiàn)有光伏Z源逆變器一般選用硅 MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)作為功率器件。由于硅 MOSFET內(nèi)置體二極管的反向恢復(fù)時間長，不能滿足高頻工作條件，故在頻率高于100kHz的應(yīng)用場合中，一般需要在硅 MOSFET的外部設(shè)置兩個外置二極管作為高速快恢復(fù)器件，以屏蔽硅 MOSFET內(nèi)部寄生二極管,從而導(dǎo)致電路包含的器件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率密度低，使得器件的電氣性能和可靠性均受到影響。

由于光伏，蓄電池，風(fēng)電中輸出電壓較低，需要逆變器升壓，而一般采用帶Boost的逆變電路，或帶高頻變壓器的逆變電路，逆變電路中MOSFET使用較多，對整個逆變器的效率和波形質(zhì)量有影響。

另外在常見的Z源逆變器中，其升壓條件有限，即升壓比較低。由于逆變因子和升壓因子是耦合關(guān)系，所以Z源逆變器升壓會受此影響。

然而，硅MOSFET的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗均較大，耐壓低，在 800kHz以上應(yīng)用，所需驅(qū)動功率大。

碳化硅材料擊穿電場強度約為硅材料的10倍，且本征載流子濃度更低。

碳化硅MOSFET高頻特性好，驅(qū)動功率小，結(jié)溫高，故相同的半導(dǎo)體封裝可以配置更大的電流容量，約是硅 MOSFET 的兩倍。

碳化硅MOSFET內(nèi)置反并聯(lián)二極管的反向恢復(fù)時間明顯低于硅 MOSFET的內(nèi)置體二極管，故可以滿足高頻(如1MHz以下)的工作條件，從而可以省去額外設(shè)置的外部快恢復(fù)二極管，簡化了電路結(jié)構(gòu)，提高了逆變器性能。

由于采用碳化硅MOSFET，使得相同輸出功率下，逆變器體積縮小一半，從而減小了器件的雜散參數(shù)，提升了高頻性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型主要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題；提供一種將Boost和Z源逆變器結(jié)合的結(jié)構(gòu)，有效節(jié)約使用過多的器件；另外與傳統(tǒng)逆變器相比，基于碳化硅器件的高效光伏離網(wǎng)Z源逆變器提高了升壓比，擴大了電壓輸入范圍，應(yīng)用面有所提高。

本實用新型另一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的效率問題；提供一種采用碳化硅器件來降低整個逆變器由于開關(guān)器件產(chǎn)生的損耗造成效率低的問題，未使用傳統(tǒng)逆變器硅器件外加的快恢復(fù)二極管，省了器件和空間?；谔蓟杵骷母咝Ч夥x網(wǎng)Z源逆變器在高頻（低于1MHz）時，其效率較普通硅器件更高。

本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決：

一種基于碳化硅器件的高效光伏離網(wǎng)Z源逆變器，其特征在于，包括與光伏電池輸出端對接的光伏電池PV濾波電容C1，輸入與光伏電池PV濾波電容C1兩端連接的Boost電路拓撲，以及與Boost電路拓撲輸出連接的Z源逆變拓撲。

為了提高Z源逆變器的升壓比，本實用新型采用將Boost電路結(jié)合在Z源逆變器中，在升壓比需求較大時加入電路中升壓，在拓撲結(jié)構(gòu)上得到優(yōu)化，減少了開關(guān)器件的使用以及磁性材料的使用。

在上述的一種基于碳化硅器件的高效光伏離網(wǎng)Z源逆變器，所述Boost電路拓撲包括開關(guān)管S0、電路電感L1以及碳化硅二極管D1；開關(guān)管S0、電路電感L1與光伏電池PV濾波電容C1組成的回路，Z源逆變拓撲輸入經(jīng)過碳化硅二極管Ｄ1后與開關(guān)管S0輸出端連接。

在上述的一種基于碳化硅器件的高效光伏離網(wǎng)Z源逆變器，所述Z源逆變拓撲包括對稱電感L2和L3和對稱電容C2和C3，從而組成一個Z形網(wǎng)絡(luò)，Z形網(wǎng)絡(luò)輸出與全橋逆變電路輸入連接，全橋逆變電路包括MOS管S1、S2、S3、S4。

在上述的一種基于碳化硅器件的高效光伏離網(wǎng)Z源逆變器，所述開關(guān)管S0、MOS管S1、S2、S3、S4均采用碳化硅MOS管，且Z源逆變拓撲輸入端的一端接碳化硅二極管Ｄ1后與開關(guān)管S0的漏極連接，另一端與開關(guān)管S0的源極連接。

因此，本實用新型具有如下優(yōu)點：1、采用將Boost和Z源逆變器結(jié)合，有效節(jié)約使用過多的器件，另外與傳統(tǒng)逆變器相比，提高了升壓比，也擴大了電壓輸入范圍，應(yīng)用面有所提高。2、采用碳化硅器件來降低整個逆變器由于開關(guān)器件產(chǎn)生的損耗,提高了整機效率，未使用常規(guī)逆變器常用硅器件加的快恢復(fù)二極管，省了器件和空間。在效率上由于碳化硅器件在高頻（低于1MHz）時，其效率較普通硅器件更高。

附圖說明

圖1 為本實用新型的電路拓撲示意圖。

圖2 為本實用新型中采用的碳化硅MOS管示意圖。

圖3為本實用新型中采用的硅MOS管示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體說明。

實施例：

如圖1所示，本實用新型包括光伏電池PV正負極接濾波電容C1正負極，C1電容的正極串聯(lián)Boost電路電感L1，連接開關(guān)管S0漏極以及功率碳化硅二極管D1正極，電容C1負極連接碳化硅MOSFET管S0的源極，Ｚ源部分對稱電感L2和L3，對稱電容C2和C3，以及全橋逆變部分碳化硅MOSFET S1、S2、S3、S4。本部分中，為了提高Ｚ源逆變器的升壓比，在前級加入了Boost拓撲部分，后級為傳統(tǒng)的Z源逆變器。

在附圖２中是傳統(tǒng)逆變器采用的硅器件MOSFET，通常情況下硅器件由于快速恢復(fù)特性較慢，需要加D3和D2兩個快恢復(fù)二極管以保證電路的正常工作，附圖３為本實用新型采用的碳化硅MOSFET，碳化硅器件的開關(guān)頻率高，導(dǎo)通電阻低，另外耐壓高，快恢復(fù)特性較好。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。