一种适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路制造技术

本发明专利技术涉及电力电子变换技术领域，特别是一种适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路，所述电压型准Z源逆变器由直流电源VDC、阻抗网络、软开关电路、逆变桥、滤波器和交流电网或交流负载级联构成，所述软开关电路连接于阻抗网络与逆变桥之间，所述软开关电路包括谐振电感Lr、谐振电容Cr、主功率开关管SC及其反并联二极管Dsc、辅助功率开关管Sal及其反并联二极管Dsal。该软开关电路可实现电压型准Z源逆变器直通桥臂的软开关，减少准Z源逆变器直通状态的开关损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路
本专利技术涉及电力电子变换
，特别是一种适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路。
技术介绍
准Z源逆变器具有单级升降压、结构简洁、允许桥臂直通、输入电流连续、阻抗网络电容电压应力小、没有启动电流冲击等优点，适合应用在光伏、风力等输入电压变化范围大的新能源发电场合。当准Z源逆变器工作状态切换到直通状态时，直通桥臂会承受较大的电流应力。如果直通桥臂的开通是硬开通，显然会产生较大的开关损耗。直通桥臂的开关损耗是准Z源逆变器开关损耗的重要组成部分。因此，实现直通桥臂的软开关具有重要的研究意义。目前，能够实现直通桥臂软开关的方案主要有两种，一种是采用有源箝位软开关技术的串联谐振软开关电路，另一种是借助耦合电感的并联谐振软开关电路。采用有源箝位软开关技术的串联谐振软开关电路中辅助谐振电路由一个有源开关器件、一个谐振电感和一个钳位电容组成，通过采用新型的空间矢量调制策略实现了开关管的零电压开关，能够抑制逆变桥反并联二极管的反向恢复过程，具有控制简单、硬件成本低、开关管的电压应力小等优点，但是这种软开关电路的谐振电感被安置在直流母线上，增加了辅助谐振单元的总损耗；另一种是借助耦合电感的并联谐振软开关电路，辅助谐振电路中采用具有相同匝数的耦合电感、辅助开关管和阻断二极管来实现直通桥臂的软开关，存在谐振电路拓扑复杂、硬件成本高、辅助开关管电流应力大、损耗大等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路，该软开关电路可实现电压型准Z源逆变器直通桥臂的软开关，减少准Z源逆变器直通状态的开关损耗。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路，所述电压型准Z源逆变器由直流电源VDC、阻抗网络、软开关电路、逆变桥、滤波器和交流电网或交流负载级联构成，所述软开关电路连接于阻抗网络与逆变桥之间，所述软开关电路包括谐振电感Lr、谐振电容Cr、主功率开关管SC及其反并联二极管Dsc、辅助功率开关管Sal及其反并联二极管Dsal。进一步地，所述软开关电路中，谐振电感Lr一端与所述阻抗网络相连，谐振电感Lr另一端与辅助开关管Sal的发射极相连，主功率开关管SC的集电极与谐振电容Cr一端以及所述阻抗网络相连，主功率开关管SC的发射极与辅助开关管Sal的集电极、谐振电容Cr另一端以及所述逆变桥的正输入端相连。进一步地，所述阻抗网络包括功率二极管D1、第一储能电容C1、第二储能电容C2、第一储能电感L1和第二储能电感L2；所述直流电源VDC的正极与所述第一储能电感L1一端相连，第一储能电感L1另一端与第二储能电容C2的阴极、二极管D1的阳极以及所述软开关电路的谐振电感Lr一端相连，所述二极管D1的阴极与第一储能电容C1的阳极和第二储能电感L2一端相连，第二储能电感L2另一端与第二储能电容C2的阳极、所述软开关电路的谐振电容Cr一端和主功率开关管SC的集电极相连，所述直流电源VDC的负极与所述第一储能电容C1的阴极相连。进一步地，所述逆变桥为三相逆变桥，所述三相逆变桥主要由6个功率开关管及其各自的反并联二极管组成，所述三相逆变桥的正输入端由第一功率开关管S1、第三功率开关管S3和第五功率开关管S5的集电极相连在一起组成，负输入端由第四功率开关管S4、第六功率开关管S6和第二功率开关管S2的发射极相连在一起组成，所述三相逆变桥的负输入端与所述直流电源VDC的负极相连；所述第一功率开关管S1、第三功率开关管S3和第五功率开关管S5的发射极分别与第四功率开关管S4、第六功率开关管S6和第二功率开关管S2的集电极相连，构成A相、B相和C相桥臂。进一步地，所述滤波器为包括A相滤波电感Lfa、B相滤波电感Lfb和C相滤波电感Lfc的三相滤波器，且Lfa=Lfb=Lfc；所述交流电网为包括A相交流电网电压源ea、B相交流电网电压源eb和C相交流电网电压源ec的三相交流电网电压源，所述交流负载为包括A相交流负载Za、B相交流负载Zb和C相交流负载Zc的三相交流负载；所述三相滤波器中，A相滤波电感Lfa、B相滤波电感Lfb和C相滤波电感Lfc一端分别与A相、B相、C相桥臂相连，当滤波器级联交流电网时，A相滤波电感Lfa、B相滤波电感Lfa和C相滤波电感Lfa另一端分别与A相交流电网电压源ea、B相交流电网电压源eb和C相交流电网电压源ec一端相连，三相交流电网电压源的另一端相连在一起；当滤波器级联交流负载时，A相滤波电感Lfa、B相滤波电感Lfb和C相滤波电感Lfc另一端分别与A相交流负载Za、B相交流负载Zb和C相交流负载Zc一端相连，三相交流负载另一端相连在一起。进一步地，所述软开关电路的辅助功率开关管Sal和三相逆变桥的各功率开关管S1~S6分别具有寄生电容，所述各寄生电容均参与谐振过程。进一步地，当软开关电路的辅助功率开关管Sal和三相逆变桥的各功率开关管S1~S6的寄生电容无法实现准Z源逆变器的软开关功能时，在功率开关管Sal或S1~S6的集电极与发射极之间需另外再并联谐振电容。相较于现有技术，本专利技术的有益效果是：在电压型准Z源逆变器中加入由一个谐振电感、一个谐振电容和两个双向功率开关管组成的软开关电路。准Z源逆变器直通前，软开关电路开始工作，谐振电感、谐振电容和逆变桥中关断功率开关管的寄生电容等发生谐振，实现了直通时刻准Z源逆变器逆变桥直通桥臂开关管的零电压开通，减小了准Z源逆变器的开关损耗和电压电流尖峰，降低了开关噪声。相比已有的适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路，本专利技术具有结构简单、硬件成本低、开关损耗小等优点。附图说明图1是本专利技术实施例适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路的电路结构示意图。图2是本专利技术实施例中具有软开关电路的三相电压型准Z源逆变器的四段直通改进空间矢量调制策略在扇区I区间的驱动波形示意图。图3是本专利技术实施例中具有软开关电路的三相电压型准Z源逆变器的四段直通改进空间矢量调制策略在扇区II区间的驱动波形示意图。图4是本专利技术实施例中具有软开关电路的三相电压型准Z源逆变器的四段直通改进空间矢量调制策略在扇区III区间的驱动波形示意图。图5是本专利技术实施例中具有软开关电路的三相电压型准Z源逆变器的四段直通改进空间矢量调制策略在扇区IV区间的驱动波形示意图。图6是本专利技术实施例中具有软开关电路的三相电压型准Z源逆变器的四段直通改进空间矢量调制策略在扇区V区间的驱动波形示意图。图7是本专利技术实施例中具有软开关电路的三相电压型准Z源逆变器的四段直通改进空间矢量调制策略在扇区VI区间的驱动波形示意图。图8是本专利技术实施例中具有软开关电路的三相电压型准Z源逆变器在扇区I区间零矢量（111）作用下的波形示意图。图9是本专利技术实施例中具有软开关电路的三相电压型准Z源逆变器在图8中的阶段一(t0-t1)的等效电路示意图。图10是本专利技术实施例中具有软开关电路的三相电压型准Z源逆变器在图8中的阶段二(t1-t2)的等效电路示意图。图11是本专利技术实施例中具有软开关电路的三相电压型准Z源逆变器在图8中的阶段三(t2-t3)的等效电路示意图。图12是本专利技术实施例中具有软开关电路的三相电压型准Z源逆变器在图8中的阶段四(t3-t4)的等效电路示意图。图13是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路，其特征在于，所述电压型准Z源逆变器由直流电源

【技术特征摘要】
1.一种适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路，其特征在于，所述电压型准Z源逆变器由直流电源VDC、阻抗网络、软开关电路、逆变桥、滤波器以及交流电网或交流负载级联构成，所述软开关电路连接于阻抗网络与逆变桥之间，所述软开关电路包括谐振电感Lr、谐振电容Cr、主功率开关管SC及其反并联二极管Dsc、辅助功率开关管Sal及其反并联二极管Dsal。2.根据权利要求1所述的一种适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路，其特征在于，所述软开关电路中，谐振电感Lr一端与所述阻抗网络相连，谐振电感Lr另一端与辅助开关管Sal的发射极相连，主功率开关管SC的集电极与谐振电容Cr一端以及所述阻抗网络相连，主功率开关管SC的发射极与辅助开关管Sal的集电极、谐振电容Cr另一端以及所述逆变桥的正输入端相连。3.根据权利要求2所述的一种适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路，其特征在于，所述阻抗网络包括功率二极管D1、第一储能电容C1、第二储能电容C2、第一储能电感L1和第二储能电感L2；所述直流电源VDC的正极与所述第一储能电感L1一端相连，第一储能电感L1另一端与第二储能电容C2的阴极、二极管D1的阳极以及所述软开关电路的谐振电感Lr一端相连，所述二极管D1的阴极与第一储能电容C1的阳极和第二储能电感L2一端相连，第二储能电感L2另一端与第二储能电容C2的阳极、所述软开关电路的谐振电容Cr一端和主功率开关管SC的集电极相连，所述直流电源VDC的负极与所述第一储能电容C1的阴极相连。4.根据权利要求2所述的一种适用于电压型准Z源逆变器的软开关电路，其特征在于，所述逆变桥为三相逆变桥，所述三相逆变桥主要由6个功率开关管及其各自的反并联二极管组成，所述三相逆变桥的正输入端由第一功率开关管S1、第三功率开关管S3和第五功率开关管S5的集电极相连在一起组成，负输入端由第四功率开关管S4、第六功率开关管S6和第二功率开关管S2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈艾文，彭民，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35