[發明專利]無電容Z源逆變器拓撲結構

在審

• 申請號: 201410210370.8
• 申請日: 2014-05-19
• 公開（公告）號: CN105099250A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 潘雷;龔威;蘇剛;王貝貝
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/32
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

技術領域

本發明涉及一種逆變器，特別涉及一種無電容Z源逆變器拓撲結構。

背景技術

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壽命較短、電感和電容之間可能存在諧振現象、系統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。

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，不含有零開關狀態。

發明內容

針對以上問題，本發明的目的是提供一種無電容Z源逆變器拓撲結構，該結構可延長系統的使用壽命、縮小系統的體積、降低系統成本、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，并允許零狀態的存在。

如上構思，本發明的技術方案是：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。

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。

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。

本發明的工作過程是：

1、當工作于直通狀態時，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。

2、當工作于非直通狀態時，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；0#二極管導通，0#電感釋放能量。

3、當逆變器工作于零狀態時，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流回路，避免電感電流斷續產生的電壓泵升，進而引起的系統不可控問題。

本發明具有如下的優點和積極效果：

1.解決了電感型Z源逆變器中不能含有零狀態的缺陷。

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，可延長系統的使用壽命、縮小系統體積和降低系統成本。

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。

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。

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Z源逆變器和開關電感Z源逆變器。

附圖說明

圖1為本發明的無電容Z源逆變器拓撲結構；

圖2為傳統Z源逆變器；

圖3為準Z源逆變器；

圖4為開關電感Z源逆變器；

圖5為開關電感準Z源逆變器；

圖6為本發明的直通狀態時，無電容Z源逆變器拓撲結構；

圖7為本發明的非直通狀態時，改進的電感型Z逆變器拓撲結構；

圖8為本發明的不同n值時，改進的電感型Z源逆變器電壓增益曲線；

圖9為本發明與不同類型Z源逆變器和n取不同值時改進的電感型Z源逆變器電壓增益對比曲線；

圖10為本發明中的電感電流應力曲線；

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

結合附圖對本發明的無電容Z源逆變器拓撲結構加以說明。