CN110165921B - 一种具有高输出电压增益开关电感型准z源逆变器 - Google Patents

一种具有高输出电压增益开关电感型准z源逆变器 Download PDF

Info

Publication number
CN110165921B
CN110165921B CN201910446267.6A CN201910446267A CN110165921B CN 110165921 B CN110165921 B CN 110165921B CN 201910446267 A CN201910446267 A CN 201910446267A CN 110165921 B CN110165921 B CN 110165921B
Authority
CN
China
Prior art keywords
inductor
capacitor
diode
quasi
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910446267.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110165921A (zh
Inventor
任明炜
吴函
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201910446267.6A priority Critical patent/CN110165921B/zh
Publication of CN110165921A publication Critical patent/CN110165921A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110165921B publication Critical patent/CN110165921B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器，包括直流电压源Uin、准Z源网络、开关电感单元、升压单元和三相逆变桥，再连接输出滤波电感、输出滤波电容和负载，准Z源网络包括第一电感L1、第一二极管D1、第一电容C1和第二电容C2；开关电感单元包括第二电感L2、第三电感L3、第二二极管D2、第三二极管D3和第三电容C3；所述升压单元包括第四二极管D4和开关管S0；本发明整个电路继承了传统准Z源的优点，改进了一般开关电感的结构，使本发明具有更高的升压能力，且减小了逆变桥中开关管的电压应力，降低了第一电感的电流脉动，提高了输出电能质量。

Description

一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器。
背景技术
传统准Z源逆变器升压能力比较弱，电路中元器件存在着很大的电压应力且启动冲击电流很大。在改进型开关电感准Z源逆变器中增加大量的系统元器件换取升压能力的提高，从而增加了系统成本与体积，且一般逆变器需要很大的直通占空比才能满足后级高电压的要求。对于部分系统对输入电压范围广以及输出电压要求高的特殊性，前人提出的改进型准Z源逆变器的结构满足这种要求，在诸多场合的应用都受到限制。
发明内容
本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器，能够在较小的直通占空比下，逆变器就可获得很高的升压能力。
本发明所采用的技术方案如下：
一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器，包括直流电压源Uin、准Z源网络、开关电感单元、升压单元和三相逆变桥，所述准Z源网络包括第一电感L1、第一二极管D1、第一电容C1和第二电容C2；所述开关电感单元包括第二电感L2、第三电感L3、第二二极管D2、第三二极管D3和第三电容C3；所述升压单元包括第四二极管D4和开关管S0；
所述第一电感L1一端连接直流电压源Uin的正极，另一端分别连接第一二极管D1阳极和第二电容C2一端；所述第一二极管D1阴极分别连接第二二极管D2阳极、第二电感L2一端、开关管S0一端和第一电容C1一端；所述第二二极管D2阴极分别连接第三电容C3一端和第三电感L3一端；所述第二电感L2的另一端分别连接第三二极管D3阳极和第三电容C3的另一端；所述第二电容C2的另一端、第三电感L3另一端和第三二极管D3阴极连接三相逆变桥正极性端；
所述第一电容C1另一端分别连接第四二极管D4阳极和三相逆变桥负极性端；
所述第四二极管D4阴极分别连接开关管S0另一端和直流电压源Uin负极；
进一步，所述第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3的电感量相等；
进一步，所述第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的电容值相等；
进一步，所述第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3为储能的电解电容；
进一步，所述三相逆变桥的交流侧连接有滤波电感电容，用于对逆变器输出的电能进行滤波处理，降低输出电流的谐波，提高电能质量。
进一步，所述滤波电感电容连接负载；
本发明的有益效果：
本发明通过增加控制开关器件S0与第四二极管D4有效的降低了电路中逆变桥直流侧开关器件电压应力、第一电容C1、第二电容C2的电压应力；继承了原有拓扑中第一电感L1电流脉动低的优点，尤其降低了第一电容C1端电压使得新添开关器件S0承受更小的电压；在较小的直通占空比下，逆变器就可获得很高的升压能力，拓宽了调制比，有利于系统的稳定，使供给负载的电能质量更高。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中的一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器电路；
图2是图1所示一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器进行模态分析的简化等效电路；
图3a、图3b分别是图1所示一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器在其三相逆变桥直通时和非直通时的等效电路图；
图4为本发明电路的升压因子曲线与基于二极管改进的开关电感准Z源逆变器、基于电容改进的开关电感准Z源逆变器、的升压因子曲线比较图；
图5为三种逆变器的调制系数M与交流侧输出电压增益G的关系曲线图；
图6a、图6b、图6c为三种逆变器中第一电容(C1)电压应力、第二电容(C2)电压应力与直流链电压应力的比较图；
图7a、图7b为以Uin＝60V，直通占空比D＝0.18为例给出了本发明电路直流链电压和传统型准Z源电路直流链电压的仿真结果图；
图8本发明电路交流侧A相输出电压以及谐波分析的仿真结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、2所示的一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器，包括直流电压源Uin、准Z源网络、开关电感单元、升压单元和三相逆变桥，准Z源网络包括第一电感L1、第一二极管D1、第一电容C1和第二电容C2；开关电感单元包括第二电感L2、第三电感L3、第二二极管D2、第三二极管D3和第三电容C3；所述升压单元包括第四二极管D4和开关管S0；第一电感L1一端连接直流电压源Uin的正极，另一端分别连接第一二极管D1阳极和第二电容C2一端；第一二极管D1阴极分别连接第二二极管D2阳极、第二电感L2一端、开关管S0一端和第一电容C1一端；第二二极管D2阴极分别连接第三电容C3一端和第三电感L3一端；第二电感L2的另一端分别连接第三二极管D3阳极和第三电容C3的另一端；第二电容C2的另一端、第三电感L3另一端和第三二极管D3阴极连接三相逆变桥正极性端；第一电容C1另一端分别连接第四二极管D4阳极和三相逆变桥负极性端；第四二极管D4阴极分别连接开关管S0另一端和直流电压源Uin负极。三相逆变桥的交流侧连接有输出滤波电感电容，滤波电感电容连接负载。
其中，第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3的电感量相等，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的电容值相等，且第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3均为储能的电解电容。
在本实施例中，直流源Uin两端电压为Uin、第一电感L1两端电压为UL1、第二电感L2两端电压为UL2、第三电感L3两端电压为UL3、第一电容C1两端电压为UC1、第二电容C2两端电压为UC2、第三电容C3两端电压为UC3、直流链电压为UPN。
为了更清楚的解释本发明所保护的技术方案，以下结合本发明的工作过程作进一步解释：
阶段1，如图3a所示，在逆变桥直通交流侧负载短路同时开关管S0导通时，第一二极管D1和第四二极管D4关断，第二二极管D2和第三二极管D3导通，直流电源Uin、第一电容C1和第二电容C2分别对第一电感L1充电，第一电容C1分别对第三电容C3、第二电感L2和第三电感L3充电。
此工作模态下，相关电气参数关系式为：
UL1＝Uin+UC1+UC2 (1)
UC1＝UC3＝UL2＝UL3 (2)
阶段2，如图3b所示，当三相逆变桥的桥臂非直通接入交流侧负载同时关闭开关管S0，第二二极管D2和第三二极管D3关断，第一二极管D1和第四二极管D4导通，直流电源Uin、第一电感L1分别对第一电容C1充电，第三电容C3和第二电感L2、第三电感L3对第二电容C2充电，并提供交流电给负载。
此工作模态下，相关电气参数关系式为：
UC1＝Uin+UL1 (3)
UPN＝UC1+UC2 (4)
UC2＝UC3+UL2+UL3 (5)
UL2＝UL3 (6)
对第一电感L1与第三电感L3分别运用伏秒平衡原理，在1个开关周期TS内，电感两端的电压积分必然为0。D为直通占空比，设直通时间为DTS，非直通时间为(1-D)TS。联立式(1)、式(3)、式(4)、式(5)、式(6)得：
DTS(Uin+UC1+UC2)＝(1-D)TS(UC1-Uin) (7)
Figure BDA0002073730680000041
Figure BDA0002073730680000042
对于第一电容、第三电容根据电容在一个开关周期TS内，由于电容电压不能突变原理，联立式(2)、式(7)、式(8)得：
Figure BDA0002073730680000043
Figure BDA0002073730680000044
Figure BDA0002073730680000045
则本发明逆变器电路的升压因子(Boost Factor)B为：
Figure BDA0002073730680000046
对应的交流侧输出电压增益G为：
G＝MB＝(0～∞) (14)
图4为本发明电路的升压因子曲线与基于二极管改进的开关电感准Z源逆变器、基于电容改进的开关电感准Z源逆变器、的升压因子曲线比较图。图中实线表示本发明电路的升压因子曲线，虚线表示基于二极管改进的开关电感准Z源逆变器的升压因子曲线，点划线表示基于电容改进的开关电感准Z源逆变器的升压因子曲线。由图可知，本发明电路在直通占空比D不超过
Figure BDA0002073730680000051
的情况下，直流链升压因子就可以达到很大，明显高于基于二极管改进的开关电感准Z源逆变器与基于电容改进的开关电感准Z源逆变器升压因子。且本发明电路的直通占空比D不会超过
Figure BDA0002073730680000052
图5为四种逆变器的调制系数M与交流侧输出电压增益G的关系曲线图，由图可知在具有相同的交流侧输出电压增益G的情况下，本发明电路比其他三种逆变器电路可以用到更大的调制系数M对逆变器进行调制，进而提高了逆变器的直流电压利用率，改善了交流侧输出电压波形的质量。
图6a、图6b、图6c为四种逆变器中第一电容C1、第二电容C2与直流链电压应力的比较，由图可知本发明电路逆变桥中元器件的电压应力要比其他两种逆变器拓扑都要小，进而延长了元器件的使用寿命并减小了相关器件的成本费用。
图7a以Uin＝60V，直通占空比D＝0.18为例给出了本发明电路直流侧和交流侧相关变量的仿真结果。D＝0.18时，升压因子B＝6.4，逆变桥直流链电压UPN＝384V，电容电压UC1＝UC3＝157V，UC2＝227V，开关器件S0两端的电压为120V。如图7b所示，参见“IEEE电力电子学报，2011,26(11)：3183-3191，Nguyen M K，Lim Y C，Cho G B.开关电感准Z源逆变器[J]”所公开的一种传统准Z源逆变器，在相同的占空比下，传统型升压因子B仅为1.94，相较于新型高增益的准Z源逆变器的升压能力欠缺很多。
图8中给出了交流侧输出其中单相电压仿真波形，以及谐波分析图。仿真结果中THD＝1.51％，小于并网要求的电压畸变率5％。
综上所述，本发明一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器有效的降低了电路中器件电压应力、电容电压波动；继承了原有拓扑中低电感电流脉动的优点，尤其降低了电容C1端电压使得新添开关器件承受更小的电压；在较小的直通占空比下，逆变器就可获得很高的升压能力，拓宽了调制比，有利于系统的稳定，使输出的电能质量更高。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器,其特征在于，包括直流电压源Uin、准Z源网络、开关电感单元、升压单元和三相逆变桥，所述准Z源网络包括第一电感L1、第一二极管D1、第一电容C1和第二电容C2；所述开关电感单元包括第二电感L2、第三电感L3、第二二极管D2、第三二极管D3和第三电容C3；所述升压单元包括第四二极管D4和开关管S0；
所述第一电感L1一端连接直流电压源Uin的正极，另一端分别连接第一二极管D1阳极和第二电容C2一端；所述第一二极管D1阴极分别连接第二二极管D2阳极、第二电感L2一端、开关管S0一端和第一电容C1一端；所述第二二极管D2阴极分别连接第三电容C3一端和第三电感L3一端；所述第二电感L2的另一端分别连接第三二极管D3阳极和第三电容C3的另一端；所述第二电容C2的另一端、第三电感L3另一端和第三二极管D3阴极连接三相逆变桥正极性端；
所述第一电容C1另一端分别连接第四二极管D4阳极和三相逆变桥负极性端；
所述第四二极管D4阴极分别连接开关管S0另一端和直流电压源Uin负极；逆变器电路的升压因子B为：
Figure FDA0002675080040000011
D为直通占空比，
Figure FDA0002675080040000012
交流侧输出电压增益G为：G＝MB＝(0～∞)，M为调制系数。
2.根据权利要求1所述的一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器，其特征在于，所述第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3的电感量相等。
3.根据权利要求1所述的一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器，其特征在于，所述第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的电容值相等。
4.根据权利要求1或3所述的一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器，其特征在于，所述第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3为储能的电解电容。
5.根据权利要求1所述的一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器，其特征在于，所述三相逆变桥的交流侧连接有滤波电感电容。
6.根据权利要求5所述的一种具有高输出电压增益开关电感型准Z源逆变器，其特征在于，所述滤波电感电容连接负载。
CN201910446267.6A 2019-05-27 2019-05-27 一种具有高输出电压增益开关电感型准z源逆变器 Active CN110165921B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910446267.6A CN110165921B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种具有高输出电压增益开关电感型准z源逆变器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910446267.6A CN110165921B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种具有高输出电压增益开关电感型准z源逆变器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110165921A CN110165921A (zh) 2019-08-23
CN110165921B true CN110165921B (zh) 2020-12-18

Family

ID=67629278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910446267.6A Active CN110165921B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种具有高输出电压增益开关电感型准z源逆变器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110165921B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112202356B (zh) * 2020-09-28 2022-05-27 天津津航计算技术研究所 一种基于升压型准z源单级隔离逆变拓扑电路
CN113179015A (zh) * 2021-05-12 2021-07-27 西安石油大学 一种基于z升压结构的高增益dc-dc变换器
CN114583990B (zh) * 2022-05-07 2022-08-16 深圳古瑞瓦特新能源有限公司 高增益单相逆变器、控制方法及三相逆变器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109217670A (zh) * 2018-10-18 2019-01-15 广东工业大学 一种新能源系统及其z源dc-dc变换器
CN109327135A (zh) * 2018-10-18 2019-02-12 广东工业大学 一种新能源系统及其准z源开关电容变换器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109217670A (zh) * 2018-10-18 2019-01-15 广东工业大学 一种新能源系统及其z源dc-dc变换器
CN109327135A (zh) * 2018-10-18 2019-02-12 广东工业大学 一种新能源系统及其准z源开关电容变换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"改进型开关电感准Z源逆变器";邓凯等;《电网技术》;20131105;第37卷(第11期);3254-3260页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110165921A (zh) 2019-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109194113B (zh) 具备有源功率解耦功能的功率因数校正器及其控制方法
CN1808832B (zh) 一种适用于中大功率不间断电源的电路装置
CN110165921B (zh) 一种具有高输出电压增益开关电感型准z源逆变器
CN105939126B (zh) 一种开关电感型混合准z源逆变器
CN113037120B (zh) 可抑制二次纹波提高功率密度的单相逆变器及控制方法
CN107517016A (zh) 具有抑制耦合电感漏感影响的高升压比y源逆变器
CN201290070Y (zh) 一种特高压直流发生器
CN111446874A (zh) 一种单相升压共模逆变器及其调制方法
CN113489308B (zh) 无输入电流死区的降压功率因数校正变换器及控制方法
CN107332438B (zh) 基于双电感双电压直流输出电路的功率因数校正方法
CN105958855A (zh) 一种新型高增益准z源逆变器
Arifin et al. Input switched single phase SEPIC controlled rectifier with improved performances
CN113193768B (zh) 四开关管串联型的背靠背式三电平整流器
CN112865563B (zh) 一种三端口箝位型的背对背无桥三电平整流器
CN115833630A (zh) 填谷电路及其控制方法
CN210327378U (zh) 电流变换电路及充电装置
CN110061523B (zh) 一种新型拓扑结构的多功能单相并网逆变系统及方法
Priyanka et al. A double frequency ripple suppression control in quasi z-source inverter
CN112202346A (zh) 一种基于改进型电流校正方法的增强型z源拓扑电路
CN111525792A (zh) 一种混合开关电感高输出电压增益z源逆变器
CN111431416A (zh) 一种三电平llc变换器及其控制方法
CN110729913A (zh) 一种单级式高增益五开关Boost型逆变器
CN109756140A (zh) 一种具有提高升压比的y源逆变器
de Oliveira et al. Study and implementation of a high gain bidirectional dc-dc converter for photovoltaic on-grid systems
CN220173111U (zh) 一种基于同步二极管的整流电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant