[发明专利]单级升压逆变器

说明书

技术领域

本发明公开了单级升压逆变器，属于电力电子器件的技术领域。

背景技术

传统的电压源逆变器，通常存在下列局限或不足：

（1）交流输出电压只能低于而不能高于直流母线电压。因此，传统电压源逆变器是一个降压式逆变器。对于直流电压较低，需要较高的交流输出电压的DC/AC功率变换场合，需要前级增加一个额外的DC/DC升压式变换器。

（2）交流负载必须为电感性或与交流电源连接不得不串联电感，才能使电压源逆变器能够正常工作。

（3）每个桥臂的上、下开关器件不能同时导通，否则，桥臂发生直通短路，损坏开关管。由电磁干扰造成的误触发导致的直通问题是变换器可靠性的主要杀手。

分布式发电系统在能量转化时依赖的因素较多，如风力发电系统、太阳能光伏发电系统和燃料电池发电系统都具有输出电压变化范围大的特性，而用电负载或并网均要求分布式发电系统输出相对稳定的电压。因此，系统中的变换电路多采用带DC/DC无源网络的电压源并网逆变器。电压源逆变器将直流电能逆变并传输到电网，DC/DC无源网络将波动较大的输入电压提升到一稳定的值，以满足逆变器调制所需幅值交流电压的要求。

在一些特定的电机控制及电能变换的应用场合，正是由于存在以上不足，传统的电压源逆变器恰是实现系统功能的瓶颈，制约了相关技术的发展与进步。如在电动汽车与混合动力汽车的电力驱动系统中，需要在电压源逆变器前级加入DC/DC无源网络，提升母线电压，有效地提升电机恒转矩区的范围，提升电机的加速性能，特别是高速段的加速性能，使车辆的动力性能提升；在轨道交通电力牵引领域，也需要加入DC/DC无源网络，在供电电压产生较大的波动，甚至是较大的跌落时，提升母线电压，提高高速运行的车辆行驶的稳定性。

在传统的电压源逆变器前插入一级DC/DC无源网络的方案，增加了系统的成本，降低了变换效率，且增加的功率开关器件及其驱动电路也降低了系统的可靠性。因此，研究一种拓扑简单、高效、高可靠性的适应较大输入电压变化范围的逆变器，具有很大的现实意义。

2002年提出的Z源电压型逆变器（Z-SourceInverter），在输入电源和逆变桥间插入包括电容和电感的无源网络，形成阻抗源逆变器。电压型Z源逆变器省去了DC-DC升压电路。引入的无源网络将逆变器的主电路与电源耦合，克服了上述传统电压源逆变器的不足，且利用一级变换，实现升降压功能。Z源逆变器的控制方法的特点在于运用传统电压源逆变器所不允许的“直通零矢量”状态。所谓“直通零矢量”，就是将逆变桥的上下功率管直通，控制其作用时间，使电感电流增长。因“直通零矢量”在传统零矢量中插入，对逆变器PWM输出没有影响。在直通零矢量状态时，无源网络储存能量；桥臂处于有效矢量状态时，无源网络和输入源串联向负载输出能量。以较低的输入电压，得到期望的逆变器输出电压。与传统电压源逆变器相比，Z源逆变器的缺点包括：ZSI只是通过控制桥臂的直通时间来调节母线电压幅值，其升压能力受到调制比的限制，过大的直通占空比反而会减小调制比和输出电压幅值；ZSI的电容电压应力等于母线电压的平均值，如果是高压应用场合，需要高压电容，或由电容串联实现，体积较大；ZSI存在开机冲击电流；Z源逆变器拓扑的逆变桥母线电压因电感电流的大小及方向变化以及是否断续变化很大。电压将有跌落，逆变器的调制算法必须考虑电压变化的影响，使得逆变器控制的复杂程度增加。这些技术难点使得Z源变换器并未真正实用，还正处于不断的改进研究中。

现有的带抽头电感的单级升压逆变器有电路结构复杂，升压性能差的缺陷。发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了单级升压逆变器。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

单级升压逆变器，包括依次连接的无源网络和逆变桥，所述无源网络包括：由正向串联的第一绕组、第二绕组构成的抽头电感，电感，二极管，第一电容，第二电容，所述电感一端接直流电源正极，所述二极管阳极、第二电容一极分别与所述电感另一端连接，所述二极管阴极与所述第二绕组同名端连接，所述第二电容另一极与所述第一绕组非同名端连接，所述第一电容一极与所述第一绕组同名端、第二绕组非同名端连接，所述第一电容另一极接直流电源负极。