CN103840694A - 开关电感γ型z源逆变器拓扑结构 - Google Patents

Abstract

一种开关电感Γ型Z源逆变器拓扑结构，该拓扑结构包括有直流电源、逆变桥，其特征在于：在所述直流电源与逆变桥之间加入一个含有开关电感单元的Γ型Z源网络，即在逆变桥的前端连接含有开关电感单元的Γ型Z源网络。本发明的效果是使该逆变器在电压放大过程中始终保持Z源网络中的电容电压应力为直流电源电压的2倍，避免了传统Z源逆变器中电容电压应力随直通占空比的增加而增加；与传统Z源逆变器和开关电感Z源逆变器相比，在相同电压增益的条件下，降低了电感电流应力；提高了直通占空比很小时的电压增益；可避免***启动时冲击电流对逆变桥的影响。

Description

开关电感Γ型Z源逆变器拓扑结构

技术领域

本发明涉及一种开关电感Γ型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以外，均含有两个电容元件，且电容的电压应力随着直通占空比的增加而增加。由于电容电压应力变化范围较大，这将降低电容的使用寿命，并限制了直通占空比的大小；***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。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种开关电感Γ型Z源逆变器的拓扑结构，该逆变器的Z源网络中仅含有一个电容元件，并使电容电压应力为一定值，并在相同电压增益条件下降低了电感电流应力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种开关电感Γ型Z源逆变器拓扑结构，该拓扑结构包括有直流电源、逆变桥，其特征在于：在所述直流电源与逆变桥之间加入一个含有开关电感单元的Γ型Z源网络，即在逆变桥的前端连接含有开关电感单元的Γ型Z源网络。

所述含有开关电感单元的Γ型Z源网络包括三个电感、一个电容和四个二极管；设三个电感分别为1#电感L₁、2#电感L₂和3#电感L₃；四个二极管分别为1#二极管D₁、2#二极管D₂、3#二极管D₃和4#二极管D₄；一个电容为1#电容C；

所述1#二极管D₁的阳极与直流电源Vdc的正极相连，D₁的阴极分别与1#电感L₁的一端、2#电感L₂的一端和2#二极管D₂的阳极相连；1#电感L₁的另一端与电容C的正极相连，电容C的负极与直流电源Vdc的负极和逆变桥的下桥臂相连；2#电感L₂的另一端与3#二极管D₃和4#二极管D₄的阳极相连；3#电感L₃的一端与2#二极管D₂的阴极和3#二极管D₃的阴极相连，3#电感L₃的另一端与4#二极管D₄的阴极和逆变桥的上桥臂相连。

所述L₁=L₂=L₃=L，L为含有开关电感单元的Γ型Z源网络中电感元件的电感量。

本发明具有如下的优点和技术效果：

1.将传统的Z源网络中含有两个电容，减为仅含有一个电容，且在升压过程中电容电压应力为一定值，可延长***的使用寿命、缩小***体积和降低***成本。

2.在相同的电压增益下，电容电压应力为一定值，与其它类型Z源逆变器相比降低了电容电压应力。

3.由于开关电感单元在逆变桥的前端，所以该逆变器可避免***启动时对逆变桥的冲击电流。

4.在相同电压增益的条件下，开关电感Γ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为本发明的电感型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为本发明在直通状态时，开关电感Γ型Z源逆变器拓扑结构；

图7为本发明在非直通状态时，开关电感Γ型Z逆变器拓扑结构；

图8为传统Z源逆变器、开关电感Z源逆变器和开关电感Γ型Z源逆变器电压增益对比曲线；

图9为传统Z源逆变器、开关电感Z源逆变器和开关电感Γ型Z源逆变器电容电压应力对比曲线；

图10为传统Z源逆变器和开关电感Γ型Z源逆变器电感电流应力对比曲线；

图11为开关电感Z源逆变器和开关电感Γ型Z源逆变器电感电流应力对比曲线。

具体实施方式

结合附图对本发明的电感型Z源逆变器拓扑结构加以说明。

本发明的逆变器的开关电感Γ型Z源网络中仅含有一个电容元件；在升压过程中，电容电压应力为一定值；在相同电压增益条件下的电感电流应力较小。

如图1所示：一种开关电感Γ型Z源逆变器拓扑结构，该拓扑结构包括有直流电源、逆变桥。在所述直流电源与逆变桥之间加入一个含有开关电感单元的Γ型Z源网络，即在逆变桥的前端连接含有开关电感单元的Γ型Z源网络。所述含有开关电感单元的Γ型Z源网络包括三个电感、一个电容和四个二极管；其中，三个电感分别为1#电感L₁、2#电感L₂和3#电感L₃；四个二极管分别为1#二极管D₁、2#二极管D₂、3#二极管D₃和4#二极管D₄；一个电容为1#电容C；

所述1#二极管D₁的阳极与直流电源Vdc的正极相连，D₁的阴极分别与1#电感L₁的一端、2#电感L₂的一端和2#二极管D₂的阳极相连；1#电感L₁的另一端与电容C的正极相连，电容C的负极与直流电源Vdc的负极和逆变桥的下桥臂相连；2#电感L₂的另一端与3#二极管D₃和4#二极管D₄的阳极相连；3#电感L₃的一端与2#二极管D₂的阴极和3#二极管D₃的阴极相连，3#电感L₃的另一端与4#二极管D₄的阴极和逆变桥的上桥臂相连。

所述L₁=L₂=L₃=L，L为含有开关电感单元的Γ型Z源网络中电感元件的电感量。

如图6所示：当工作于直通状态时，Γ型Z源网络中1#、2#和4#二极管D₁、D₂和D₄导通，3#二极管D₃截止，其中2#和3#电感L₂和L₃呈并联连接，此时电感存储能量；

如图7所示：当工作于非直通状态时，Γ型Z源网络中1#、2#和4#二极管D₁、D₂和D₄截止，3#二极管D₃导通，其中2#和3#电感L₂和L₃呈串联连接，此时电感向负载释放能量，该Z源逆变器的电压增益为：

$B=\frac{2+D}{1-D}$

其中：B为电压增益；D为直通占空比。

该Z源逆变器中平均电感电流为：

$L_L=\frac{L_{l}D+L(2+D)}{{\mathrm{LR}}_l}{V}_{\mathrm{dc}}$

其中：L为Z源网络中电感元件的电感量；L_l为负载电感；R_l为负载电阻；V_dc为直流电源电压。

负载平均电流为：

$I_l=(2+D)\frac{V_{\mathrm{dc}}}{R_l}$

当负载为纯阻性时，电感电流应力为：

$I_L=\frac{2+D}{1-D}\frac{V_{\mathrm{dc}}}{R_l}$

如图8所示的开关电感Γ型Z源逆变器、传统Z源逆变器和开关电感Z源逆变器的电压增益对比曲线，图中可知，在小直通占空比时，开关电感Γ型Z源逆变器的电压增益较大。

如图9所示的开关电感Γ型Z源逆变器、传统Z源逆变器和开关电感Z源逆变器的电容电压应力对比曲线。可见，开关电感Γ型Z源逆变器的电容电压应力不随直通占空比的变化而变化，而其他两种Z源逆变器的电容电压应力变化范围较大。其中：SL-ZSI为开关电感型Z源逆变器；trad.ZSI为传统Z源逆变器。

如图10所示的开关电感Γ型Z源逆变器和传统Z源逆变器中电感电流应力对比曲线，图11所示的开关电感Γ型Z源逆变器和开关电感Z源逆变器与传统Z源逆变器中电感电流应力对比曲线。

从图8、10和11可以看出，开关电感Γ型Z源逆变器中电感电流应力变化较小，在相同电压增益条件下其电感电流应力小于传统Z源逆变器和开关电感Z源逆变器中的电感电流应力。

Claims (3)

1.一种开关电感Γ型Z源逆变器拓扑结构，该拓扑结构包括有直流电源、逆变桥，其特征在于：在所述直流电源与逆变桥之间加入一个含有开关电感单元的Γ型Z源网络，即在逆变桥的前端连接含有开关电感单元的Γ型Z源网络。

2.根据权利要求1所述的开关电感Γ型Z源逆变器拓扑结构，其特征在于：所述含有开关电感单元的Γ型Z源网络包括三个电感、一个电容和四个二极管；设三个电感分别为1#电感L₁、2#电感L₂和3#电感L₃；四个二极管分别为1#二极管D₁、2#二极管D₂、3#二极管D₃和4#二极管D₄；一个电容为1#电容C；

所述1#二极管D₁的阳极与直流电源Vdc的正极相连，D₁的阴极分别与1#电感L₁的一端、2#电感L₂的一端和2#二极管D₂的阳极相连；1#电感L₁的另一端与电容C的正极相连，电容C的负极与直流电源Vdc的负极和逆变桥的下桥臂相连；2#电感L₂的另一端与3#二极管D₃和4#二极管D₄的阳极相连；3#电感L₃的一端与2#二极管D₂的阴极和3#二极管D₃的阴极相连，3#电感L₃的另一端与4#二极管D₄的阴极和逆变桥的上桥臂相连。

3.根据权利要求2所述的开关电感Γ型Z源逆变器拓扑结构，其特征在于：所述L₁=L₂=L₃=L，L为含有开关电感单元的Γ型Z源网络中电感元件的电感量。

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