一种基于switch电感型准Z源逆变器的电驱动系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于switch电感型准Z源逆变器的电驱动系统，包括依次连接的直流电源、升压驱动变换器和电机，所述的升压驱动变换器为switch电感型准Z源逆变器，所述的switch电感型准Z源逆变器包括逆变器阻抗网络和全桥逆变器，所述的逆变器阻抗网络输入端连接直流电源，逆变器阻抗网络输出端连接全桥逆变器输入端，全桥逆变器输出端连接所述的电机。与现有技术相比，本实用新型专利技术的电驱动系统解决了传统电压型逆变器导致的母线电压受限和死区时间导致转矩脉动大、电磁噪声大的问题，同时进一步提高母线升压比，减小了电压应力，提高系统功率密度。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电驱动系统，尤其是涉及一种基于switch电感型准Z源逆变器的电驱动系统。
技术介绍
在传统的电驱动系统中，逆变器是电压型逆变器，存在如下不足：(1)电压型逆变器母线电压为电池的输出电压，受到电池电压的限制，汽车在爬坡和加速过程中，在电量不足的情况下，会出现电压跌落，导致电机输出动力不足，为了改善蓄电池输出的软特性，在燃料电池汽车和电动商用车中通常在电池的输出端增加一级非隔离BOOST电路，BOOST电路将电压升高后，供给三相全桥逆变器驱动电机，带前级DC/DC逆变器是两级电路，系统整体经过两级变换后传输效率较低。(2)传统电压型逆变器上下桥臂不能同时导通，需要增加死区时间，然而，死区时间的存在会使输出电压和电流出现畸变，加大系统的转矩脉动，增加了系统的电磁噪声，影响电驱系统的舒适性和可靠性。Z源逆变器是一种新型单级电路拓扑，其基本原理是无需增加额外的开关器件替代传统的两级结构，仅通过引入直通状态来实现母线电压的提升，然而传统的Z源逆变器仍然存在如下问题亟待解决，例如电容电压应力较大，启动时冲击电流较大，电流断续问题以及轻载条件下的系统不稳定问题。宽禁带半导体材料GaN具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度高、临界击穿电场大和化学性质稳定等特点。因此基于GaN材料制造的电力电子器件具有通态电阻小、开关速度快、高耐压及耐高温性能好等特点。与SiC材料不同，GaN除了可以利用GaN材料制作器件外，还可以利用GaN所特有的异质结构制作高性能器件。宽禁带半导体在提高系统的效率、减小尺寸及提高功率密度方面有很大优势。由GaN构成的Z源逆变器及其衍生拓扑，可以进一步提高开关频率，提高系统效率和功率密度。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于switch电感型准Z源逆变器的电驱动系统本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于switch电感型准Z源逆变器的电驱动系统，包括依次连接的直流电源、升压驱动变换器和电机，所述的升压驱动变换器为switch电感型准Z源逆变器，所述的switch电感型准Z源逆变器包括逆变器阻抗网络和全桥逆变器，所述的逆变器阻抗网络输入端连接直流电源，逆变器阻抗网络输出端连接全桥逆变器输入端，全桥逆变器输出端连接所述的电机。所述的逆变器阻抗网络包括电感L1、电感L2、电感L3，电容C1、电容C2、二极管D7、二极管D8、二极管D9和二极管D10，所述的电感L1一端为逆变器阻抗网络输入端正极，该阻抗网络输入端正极连接直流电源正极，所述的电感L1另一端连接二极管D7阳极，二极管D7阴极通过电感L2连接二极管D10阳极，二极管D7阴极还连接至二极管D8阳极，二极管D8阴极通过电感L3连接二极管D10阴极，二极管D9阳极连接二极管D10阳极，二极管D9阴极连接二极管D8阴极，电容C1正极连接二极管D10阴极，电容C1负极连接二极管D7阳极，电容C2正极连接二极管D7阴极，二极管D10阴极为逆变器阻抗网络输出端正极，电容C2负极同时为逆变器阻抗网络输入端负极以及逆变器阻抗网络输出端负极，所述的逆变器阻抗网络输入端负极连接直流电源负极，所述的逆变器阻抗网络输出端正极和逆变器阻抗网络输出端负极连接至全桥逆变器输入端。所述的电感L1、电感L2和电感L3电感值大小相同，所述的电容C1和电容C2电容值大小相同。所述的全桥逆变器为6个开关管组成的三相全桥逆变器，各开关管均反并联一个二极管，所述的6个开关管均为GaN宽禁带半导体开关管。所述的电机为三相电机，所述的三相全桥逆变器输出端连接三相电机。所述的电驱动系统还包括控制单元，所述的控制单元包括处理器、霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和电机位置传感器，三相电机A相和B相分别连接一个霍尔电流传感器，所述的电容C2连接有一个霍尔电压传感器，所述的电机位置传感器设置在三相电机上，所述的霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和电机位置传感器均连接至控制单元，所述的控制单元连接三相全桥逆变器的6个开关管栅极。所述的处理器为数字信号处理器。与现有技术相比，本技术具有如下优点：(1)switch电感型准Z源逆变器由逆变器阻抗网络和三相全桥逆变器串联而成，逆变器阻抗网络为电感电容网络，由于电感电容网络的存在，使得switch电感型逆变器具备相比传统Z源逆变器具有更高的升压比；(2)逆变器阻抗网络采用电感和电容的组合，可以结合传统电压型逆变器和电流型逆变器的双重优点，当switch电感型准Z源逆变器工作于电压型逆变器模式时，由于前级电感网络的存在，switch电感型准Z源逆变器主电路可以承受短时间短路，该switch电感型准Z源逆变器成为boost型逆变器，达到升压目的，因此可以使得三相全桥逆变器工作于上下桥臂直通的状态，避免了传统电压型逆变器带来的死区效应，提高了逆变器的安全性和可靠性，在一定程度上抑制了电机的转矩脉动和降低了电机的电磁噪音，当Z源逆变器工作于电流型逆变器模式时，由于前级电容网络的存在，switch电感型准Z源逆变器主电路可以承受短时间开路，该逆变器成为buck型逆变器，达到降压目的，实现输出电压的可调；(3)全桥逆变器中的开关管均为GaN宽禁带半导体开关管，可以进一步提高开关频率，提高系统效率和功率密度。附图说明图1为本技术电驱动系统的结构框图；图2为本技术电驱动系统的电路结构示意图；图3为三相全桥逆变器工作于有效矢量状态下的等效电路图；图4为三相全桥逆变器工作于上下桥臂直通状态时的等效电路图。其中，1为蓄电池模块，2为逆变器阻抗网络，3为全桥逆变器，4为电机，5为控制单元。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。实施例如图1所示，一种基于switch电感型准Z源逆变器的电驱动系统，包括依次连接的直流电源、升压驱动变换器和电机4，直流电源采用蓄电池模块1，升压驱动变换器为switch电感型准Z源逆变器，switch电感型准Z源逆变器包括逆变器阻抗网络2和全桥逆变器3，逆变器阻抗网络2输入端连接直流电源，逆变器阻抗网络2输出端连接全桥逆变器3输入端，全桥逆变器3输出端连接电机4。具体的电路结构如图2所示，其中逆变器阻抗网络2包括电感L1、电感L2、电感L3，电容C1、电容C2、二极管D7、二极管D8、二极管D9和二极管D10，电感L1一端为逆变器阻抗网络2输入端正极，该阻抗网络输入端正极连接直流电源正极，电感L1另一端连接二极管D7阳极，二极管D7阴极通过电感L2连接二极管D10阳极，二极管D7阴极还连接至二极管D8阳极，二极管D8阴极通过电感L3连接二极管D10阴极，二极管D9阳极连接二极管D10阳极，二极管D9阴极连接二极管D8阴极，电容C1正极连接二极管D10阴极，电容C1负极连接二极管D7阳极，电容C2正极连接二极管D7阴极，二极管D10阴极为逆变器阻抗网络2输出端正极，电容C2负极同时为逆变器阻抗网络2输入端负极以及逆变器阻抗网络2输出端负极，逆变器阻抗网络2输入端负极连接直流电源负极，逆变器阻抗网络2输出端正极和逆变器阻抗网络2输出端负极连接至全桥逆变器3输入端。电感L1、电感L2和电感L3电感值大小相同，电容C1和电容C2电容值大小相同。全桥逆变器3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于switch电感型准Z源逆变器的电驱动系统，包括依次连接的直流电源、升压驱动变换器和电机，其特征在于，所述的升压驱动变换器为switch电感型准Z源逆变器，所述的switch电感型准Z源逆变器包括逆变器阻抗网络和全桥逆变器，所述的逆变器阻抗网络输入端连接直流电源，逆变器阻抗网络输出端连接全桥逆变器输入端，全桥逆变器输出端连接所述的电机。

【技术特征摘要】
1.一种基于switch电感型准Z源逆变器的电驱动系统，包括依次连接的直流电源、升压驱动变换器和电机，其特征在于，所述的升压驱动变换器为switch电感型准Z源逆变器，所述的switch电感型准Z源逆变器包括逆变器阻抗网络和全桥逆变器，所述的逆变器阻抗网络输入端连接直流电源，逆变器阻抗网络输出端连接全桥逆变器输入端，全桥逆变器输出端连接所述的电机。2.根据权利要求1所述的一种基于switch电感型准Z源逆变器的电驱动系统，其特征在于，所述的逆变器阻抗网络包括电感L1、电感L2、电感L3，电容C1、电容C2、二极管D7、二极管D8、二极管D9和二极管D10，所述的电感L1一端为逆变器阻抗网络输入端正极，该阻抗网络输入端正极连接直流电源正极，所述的电感L1另一端连接二极管D7阳极，二极管D7阴极通过电感L2连接二极管D10阳极，二极管D7阴极还连接至二极管D8阳极，二极管D8阴极通过电感L3连接二极管D10阴极，二极管D9阳极连接二极管D10阳极，二极管D9阴极连接二极管D8阴极，电容C1正极连接二极管D10阴极，电容C1负极连接二极管D7阳极，电容C2正极连接二极管D7阴极，二极管D10阴极为逆变器阻抗网络输出端正极，电容C2负极同时为逆变器阻抗网络输入端负极以及逆变器阻抗网络输出端负极，所述的逆变器阻抗网络输入端负极连接直流电源负极，所述的逆变器...

【专利技术属性】
技术研发人员：康劲松，王硕，蒋飞，武松林，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：上海;31