一种适用于燃料电池发电的高增益准Z源开关升压逆变器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种适用于燃料电池发电的高增益准Z源开关升压逆变器，包括电压源，由第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和第一二极管构成的准Z源网络，由第二二极管、第三二极管、第三电容和MOS管S7构成的开关升压单元，三相逆变桥，输出滤波电感、滤波电容和负载。本实用新型专利技术整个电路结合了准Z源单元和开关升压单元各自的单级升降压特性，具有更高的输出电压增益，输出与输入共地，减小了逆变桥中开关器件的电压应力，且电路不存在启动冲击电流和开关管开通瞬间的冲击电流。

A High Gain Quasi-Z-Source Switched Boost Inverter for Fuel Cell Power Generation

The utility model provides a high-gain quasi-Z-source switching boost inverter for fuel cell power generation, including a voltage source, a quasi-Z-source network consisting of a first inductor, a second inductor, a first capacitor, a second capacitor and a first diode, a switching boost unit consisting of a second diode, a third diode, a third capacitor and a MOS S7, a three-phase inverter bridge, and an output filter inductor. Filter capacitor and load. The whole circuit of the utility model combines the single step-up and step-down characteristics of the quasi-Z source unit and the switching booster unit, has higher output voltage gain, common ground between output and input, reduces the voltage stress of the switching devices in the inverter bridge, and the circuit does not have the start impulse current and the impulse current at the moment of switching on.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于燃料电池发电的高增益准Z源开关升压逆变器
本技术涉及电力电子电路
，具体涉及一种适用于燃料电池发电的高增益准Z源开关升压逆变器。
技术介绍
随着现代社会的发展和可再生新能源的开发利用，使用燃料电池实现清洁发电的应用得到了越来越多的推广。但是，由于单个燃料电池提供的直流电压较低，无法满足现有用电设备的用电需求，三相逆变器的交流输出电压也不能满足并网的需求，故往往需要将多个电池串联起来以达到所需的输出电压等级。这种方法一方面增加了整个系统的体积，大大降低了整个系统的可靠性，另一方面还需解决相应的串联均压问题。为此，需要研究提出一些能够把低电压转换为高电压的高增益变换器电路。近几年提出的Z源升压变换器和开关升压变换器都是一种高增益变换器电路，但由于传统Z源变换器电路具有较高的阻抗网络电容电压应力，电源电流不连续，输出与输入不共地，且电路启动时存在很大启动冲击电流，以及开关升压变换器输出电压增益比较低的缘故，限制了这两种变换器电路在实际生产生活中的拓展应用。因此，有必要进一步研究和技术一些具有更高输出电压增益的变换器拓扑结构。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种适用于燃料电池发电的高增益准Z源开关升压逆变器，具体技术方案如下。一种适用于燃料电池发电的高增益准Z源逆变器电路，包括电压源、准Z源单元、开关升压单元、三相逆变桥、输出滤波电感、滤波电容和交流侧三相负载。所述准Z源单元由第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和第一二极管构成；所述开关升压单元由第二二极管、第三二极管、第三电容和MOS管S7构成。进一步地，所述适用于燃料电池发电的高增益准Z源开关升压逆变器电路的具体连接方式为：电压源的正极与第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端分别与第一二极管的阳极和第一电容的负极连接；所述第一二极管的阴极分别与第二电感的一端和第二电容的正极连接；所述第二电感的另一端分别与第一电容的正极、第二二极管的阳极和MOS管的漏极连接；所述第二二极管的阴极分别与三相逆变桥的正极性端和第三电容的正极连接；所述第三电容的负极分别与第三二极管的阳极和MOS管的源极连接；所述第三二极管的阴极分别与三相逆变桥的负极性端、第二电容的负极和电压源的负极连接。与现有技术相比，本技术电路具有如下优点和技术效果：输出电压增益更高，对启动冲击电流具有很好的抑制作用，减小了逆变桥中开关器件的电压应力，可靠性提高，且输出与输入共地，因而更适合应用于光伏发电和燃料电池发电等新能源发电
附图说明图1是本技术具体实施方式中的一种高增益准Z源开关升压逆变器电路。图2是图1所示一种高增益准Z源开关升压逆变器进行模态分析的简化等效电路图。图3a、图3b分别是图1所示一种高增益准Z源开关升压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4a为本技术电路的升压因子曲线与开关电感准Z源逆变器、基于二极管一级拓展的准Z源逆变器、基于电容一级拓展的准Z源逆变器和传统Z源逆变器的升压因子曲线比较图；图4b为五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4c为四种逆变器中开关器件电压应力的比较，由图可知本技术电路逆变桥中开关器件的电压应力要比其他四种逆变器拓扑都要小，进而减小了使用开关器件的成本费用；图4d以Vin＝20V，直通占空比D＝0.2为例给出了本技术电路直流侧和交流侧相关变量的仿真结果图。具体实施方式以下结合实施例及附图对本技术作进一步详细的描述说明，但本技术的实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。参考图1，本实例的一种高增益准Z源开关升压逆变器电路，其包括电压源Vin、准Z源网络、开关升压单元、三相逆变桥、输出滤波电感、滤波电容和三相对称负载。所述准Z源网络由第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1构成；所述开关升压单元由第二二极管D2、第三二极管D3、第三电容C3和MOS管S7构成。当逆变桥直通(相当于S闭合)同时MOS管S7导通时，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3均关断，第二电容C2和第三电容C3串联，一起对第二电感L2充电；所述电压源Vin与第一电容C1和第三电容C3串联，一起对第一电感L1充电。当三相逆变桥的桥臂非直通时(相当于S关断)，接入交流侧负载，同时MOS管S7关断时，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3均导通，所述电压源Vin与第一电感L1串联，一起对第二电容C2充电，形成回路；第二电感L2向第一电容C1充电储能，形成回路；同时，电压源Vin与第一电感L1、第二电感L2串联，一起对第三电容C3充电，与此同时，通过三相逆变桥给交流侧负载供电。整个电路结构简单，具有较高的输出电压增益，输出与输入共地，且电路不存在启动电流冲击和开关管开通瞬间的电流冲击问题。本技术电路的具体连接如下：所述电压源的正极与第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端分别与第一二极管的阳极和第一电容的负极连接；所述第一二极管的阴极分别与第二电感的一端和第二电容的正极连接；所述第二电感的另一端分别与第一电容的正极、第二二极管的阳极和MOS管的漏极连接；所述第二二极管的阴极分别与三相逆变桥的正极性端和第三电容的正极连接；所述第三电容的负极分别与第三二极管的阳极和MOS管的源极连接；所述第三二极管的阴极分别与三相逆变桥的负极性端、第二电容的负极和电压源的负极连接。图3a、图3b给出了本技术电路的工作过程图。图3a、图3b分别是逆变桥直通和非直通时段的等效电路图。图中实线表示变换器中有电流流过的部分，虚线表示变换器中无电流流过的部分。本技术的工作过程如下：阶段1，如图3a：逆变桥直通(相当于S闭合)同时MOS管S7导通时，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3均关断，第二电容C2和第三电容C3串联，一起对第二电感L2充电；所述电压源Vin与第一电容C1和第三电容C3串联，一起对第一电感L1充电。阶段2，如图3b：逆变桥非直通(相当于S关断)同时MOS管S7关断时，逆变桥交流侧负载接入主电路。所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3均导通，所述电压源Vin与第一电感L1串联，一起对第二电容C2充电，形成回路；第二电感L2向第一电容C1充电储能，形成回路；同时，电压源Vin与第一电感L1、第二电感L2串联，一起对第三电容C3充电，与此同时，通过三相逆变桥给交流侧负载供电。综上情况，当逆变桥直通时MOS管S7导通，当逆变桥非直通时MOS管S7关断。故设定逆变桥的直通占空比为D，则MOS管S7的导通占空比同样为D，设定开关周期为Ts。并设定VL1和VL2分别为第一电感L1和第二电感L2两端的电压，VC1、VC2和VC3分别为第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的电压，VS为MOS管S7漏极与源极之间的电压，VPN为逆变桥直流侧链电压。当逆变器进入稳态工作后，得出以下的电压关系推导过程。阶段1：逆变桥直通(相当于S闭合)同时MOS管S7导通期间，对应的等效电路图3a所示，因此有如下公式：VL1_on＝Vi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于燃料电池发电的高增益准Z源开关升压逆变器，其特征在于包括电压源（Vin）、准Z源单元、开关升压单元、三相逆变桥、输出滤波电感、滤波电容和交流侧三相负载；所述准Z源单元由第一电感（L1）、第二电感（L2）、第一电容（C1）、第二电容（C2）和第一二极管（D1）构成；所述开关升压单元由第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第三电容（C3）和MOS管（S7）构成；所述电压源（Vin）的正极与第一电感（L1）的一端连接；所述第一电感（L1）的另一端分别与第一二极管（D1）的阳极和第一电容（C1）的负极连接；所述第一二极管（D1）的阴极分别与第二电感（L2）的一端和第二电容（C2）的正极连接；所述第二电感（L2）的另一端分别与第一电容（C1）的正极、第二二极管（D2）的阳极和MOS管（S7）的漏极连接；所述第二二极管（D2）的阴极分别与三相逆变桥的正极性端和第三电容（C3）的正极连接；所述第三电容（C3）的负极分别与第三二极管（D3）的阳极和MOS管（S7）的源极连接；所述第三二极管（D3）的阴极分别与三相逆变桥的负极性端、第二电容（C2）的负极和电压源（Vin）的负极连接。

【技术特征摘要】
1.一种适用于燃料电池发电的高增益准Z源开关升压逆变器，其特征在于包括电压源（Vin）、准Z源单元、开关升压单元、三相逆变桥、输出滤波电感、滤波电容和交流侧三相负载；所述准Z源单元由第一电感（L1）、第二电感（L2）、第一电容（C1）、第二电容（C2）和第一二极管（D1）构成；所述开关升压单元由第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第三电容（C3）和MOS管（S7）构成；所述电压源（Vin）的正极与第一电感（L1）的一端连接；所述第一电感（L1）的另一端分别与第一二极管（D1）的阳极和第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，朱小全，丘东元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44