[发明专利]无电容Z源逆变器拓扑结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆变器，特别涉及一种无电容Z源逆变器拓扑结构。

背景技术

现有的Z源逆变器的拓扑结构有多种，如：如图2所示的传统Z源逆变器、如图3所示的准Z源逆变器、如图4所示的开关电感Z源逆变器和如图5所示的准开关电感Z源逆变器等。从图2～5可以看出，以上各种Z源逆变器中除了有电感元件以外，均含有电容元件。由于电容元件的存在，则不可避免的存在系统寿命较短、电感和电容之间可能存在谐振现象、系统启动时可能存在冲击电流；此外，以上Z源逆变器中电感电流应力较大，且只能通过改变直通占空比的方式改变电压增益。

此外，电感型Z源逆变器中不含有电容元件，仅含有电感和二极管元件，但是该逆变器属于电流型逆变器，仅含有直通和有源开关状态，不含有零开关状态。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种无电容Z源逆变器拓扑结构，该结构可延长系统的使用寿命、缩小系统的体积、降低系统成本、避免了由于电容和电感共存引起的谐振现象，避免了Z源逆变器启动时存在的冲击电流，并允许零状态的存在。

如上构思，本发明的技术方案是：一种无电容Z源逆变器拓扑结构，包括直流电源和逆变桥，其特征在于：在直流电源与逆变桥之间连接一个电感型Z源网络，该电感型Z源网络由两部分并联组成，它们是：由带反并联二极管的开关管和单一电感串联组成的开关管单元、电感和二极管组成的扩展开关电感网络；所述扩展开关电感网络是由n个电感组成的n-1个电路单元，每个电路单元含有二个电感和三个二极管，二个电感分别为1#电感和2#电感，三个二极管分别为1#二极管、2#二极管和3#二极管；对于两个相邻单元，前一个单元的2#电感为后一个单元的1#电感；所述每个电路单元的1#电感的一端与1#二极管的阳极相连，1#电感的另一端与2#和3#二极管的阳极相连；2#电感的一端与1#和2#二极管的阴极相连，2#电感的另一端与3#二极管的阴极相连。

所述电感型Z源网络连接在直流电源与逆变桥的下桥臂之间。

所述电感型Z源网络连接在直流电源与逆变桥的上桥臂之间。

本发明的工作过程是：

1、当工作于直通状态时，所述二极管和电感网络中任意一个单元，1#和3#二极管导通，2#二极管截止，各单元中的1#和2#电感呈并联连接，此时电感存储能量；0#二极管导通，0#电感存储能量。

2、当工作于非直通状态时，所述扩展开关电感网络中任意一个单元，1#和3#二极管截止，2#二极管导通，各单元中的1#和2#电感呈串联连接，此时电感向负载释放能量；0#二极管导通，0#电感释放能量。

3、当逆变器工作于零状态时，开关管单元中的开关管S7导通，为扩展开关电感网络中的电感提供续流回路，避免电感电流断续产生的电压泵升，进而引起的系统不可控问题。

本发明具有如下的优点和积极效果：

1.解决了电感型Z源逆变器中不能含有零状态的缺陷。

2.除掉了电容元件作为Z源逆变器中Z源网络中必须的组成部分，可延长系统的使用寿命、缩小系统体积和降低系统成本。

3.由于去除了电容元件，改进的电感型Z源逆变器避免了由于电容和电感共存引起的谐振现象。

4.由于去除了电容元件，改进的电感型Z源逆变器避免了Z源逆变器启动时存在的冲击电流。

5.在相同电压增益的条件下，改进的电感型Z源逆变器的电感电流增益小于传统Z源逆变器和开关电感Z源逆变器。

附图说明

图1为本发明的无电容Z源逆变器拓扑结构；

图2为传统Z源逆变器；

图3为准Z源逆变器；

图4为开关电感Z源逆变器；

图5为开关电感准Z源逆变器；

图6为本发明的直通状态时，无电容Z源逆变器拓扑结构；

图7为本发明的非直通状态时，改进的电感型Z逆变器拓扑结构；

图8为本发明的不同n值时，改进的电感型Z源逆变器电压增益曲线；

图9为本发明与不同类型Z源逆变器和n取不同值时改进的电感型Z源逆变器电压增益对比曲线；

图10为本发明中的电感电流应力曲线；

图11为开关电感Z源逆变器和开关电感准Z源逆变器中电感电流应力曲线。

具体实施方式

结合附图对本发明的无电容Z源逆变器拓扑结构加以说明。