[发明专利]用于Z源逆变器的双正弦PWM控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于Z源逆变器的PWM(脉冲宽度调制)控制方法。

背景技术

2003年，彭方正在文献[1](Fangzheng Peng.“Z-source inverter”.IEEETransactions on Industry Applications.Volume：39Issue：2.Mar/Apr 2003.Page(s)：504-510.)中提出了Z源逆变器的概念。附图1为Z源逆变器的电路拓扑结构。该逆变器通过引入一个由电感L₁、L₂和电容C₁、C₂构成的X形阻抗网络，将逆变器主电路与直流电压源耦合起来，从而克服了传统逆变器的不足，实现了如下功能：1)升/降压变换的功能；2)允许同一逆变桥臂的上下两个开关管同时导通，即开关管无需设置死区控制时间。

图1中Z源逆变器共有5种开关状态：除了传统逆变器所允许的4种状态外，另外还存在着一种传统逆变器所不允许的零电压开关状态，即至少允许一个逆变桥臂的上下两个开关管同时导通。通常称这种零电压开关状态为直通零电压状态。正由于这种直通零电压状态的存在为Z源逆变器提供了独特的升/降压特性，因而也使得Z源逆变器在PWM控制方法上与传统逆变器有着很大差异，即要能实现直通功能。一般方法是在传统PWM控制基础上，通过额外增加一对直通控制电压u_z(t)＝±U_z(这里，要求U_z大于或等于正弦参考电压峰值U_r，即U_z≥U_r)，与幅值为U_tr的三角载波ux(t)进行比较，使原本处于关断状态下的开关管再次恢复导通和关断，从而实现对直通状态的控制，如附图2所示。从图中可看出，与传统PWM控制方法相比，在一个开关周期T_s内每个开关管的导通关断次数为4次，即增加了一倍。因此，该控制方法是以增加开关管的导通关断次数为代价来获取直通零电压状态的。这样，不仅增加了开关的损耗、降低了系统的工作效率，而且更重要的是在很大程度上限制了开关频率的提高、增加了输出波形的畸变、降低了系统的性能与品质。目前，它已成为制约Z源逆变器技术发展与广泛应用的瓶颈之一。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于Z源逆变器的双正弦PWM控制方法，以减少开关管导通关断次数，克服上述控制方法中存在的诸如开关损耗大、THD(总谐波畸变)过大以及开关频率受限等缺陷。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种用于Z源逆变器的双正弦PWM控制方法，其特征在于，通过对原正弦参考电压u_r(t)＝U_rsin(ωt)施加直流上、下偏置电压U_d1、U_d2，得到一对同频率同相位的上偏置正弦参考电压u_r1(t)＝U_rsin(ωt)+U_d1和下偏置正弦参考电压u_r2(t)＝U_rsin(ωt)-U_d2，其中，0≤U_d1≤U_tr-U_r，0≤U_d2≤U_tr-U_r，U_tr为三角载波u_tr(t)的幅值，U_r为正弦参考电压u_r(t)的峰值；上、下偏置正弦参考电压的幅值差恒为|U_d1|+|U_d2|；然后分别与三角载波比较来控制开关管的导通和关断，从而产生直通零电压状态。

上述方案中，所述施加的直流上、下偏置电压U_d1、U_d2的绝对值相等。

本发明通过双正弦PWM控制方法，使得所有开关管在每个开关周期T_s内，延时关断和提前导通总的时间相同。这不仅确保了每个开关周期T_s内直通时间的恒定，维持了Z源网络输出直流电压的恒定，而且更重要的是与原有Z源逆变器PWM控制方法相比，将开关管的导通关断次数减小一倍，从而克服了其控制方法的不足，使逆变器的开关损耗明显减少，克服了开关频率的限制，减小了输出波形的畸变，同时该控制方法还具有实现电路逻辑简单、可靠性高的优点。

附图说明