基于Simulink的改進Z源逆變器的設計

摘要：與傳統(tǒng)逆變器相比，文章提出的改進型Z源逆變器不僅可以減小電容和電感，同時電容的電壓應力得到有效降低。文中首先對其電路工作原理進行分析，得到各參數(shù)的設計方法，再由計算及仿真，推算出開關(guān)管上的電流應力確實有效降低，并在Simulink中驗證了該改進型Z源設計的合理性。

　　0 引 言

　　太陽能在我國低碳化產(chǎn)業(yè)中起著至關(guān)重要的作用，因而太陽能中所用的逆變器無疑是研究的熱點。

　　常規(guī)的電壓源型逆變器同一橋臂的上下兩個功率管如果同時導通會發(fā)生短路現(xiàn)象，從而損壞功率管，因此需要加入死區(qū)時間，而死區(qū)時間會導致輸出波形的畸變。

　　同時電壓源型逆變器輸出電壓低于直流輸入電壓，在輸入電壓較低或者輸入電壓變化幅度比較大的場合，需要在前一級加入升壓電路。而電流源型逆變器則是逆變器輸出電壓高于直流輸入電壓。因此浙江大學彭方正教授提出的Z源逆變器能夠有效地解決這些不足。一般用的比較多的是電壓源型逆變器，下面將主要討論電壓源型逆變器。

　　電壓源型Z源逆變器同樣有一些缺點，比如在升壓模式下，輸入電流不連續(xù)和電容承受電壓過大，因而要求電容的最大承受電壓能力大，從而增加成本。本文針對傳統(tǒng)Z源逆變器的這些缺點，提出了改進型Z源的拓撲結(jié)構(gòu)，并分析了穩(wěn)定狀態(tài)的工作原理以及其控制策略，闡述了其對于電容上電壓耐壓值降低的原因，同時分析了其開關(guān)管與傳統(tǒng)Z源在電壓電流應力上面的改進。

　　1 電路工作原理

　　1.1穩(wěn)態(tài)工作原理

　　與傳統(tǒng)Z源逆變器一樣，改進型Z源逆變器也是通過逆變器橋臂的直通狀態(tài)來達到升壓目的，如圖1所示。逆變器處于6種有效矢量狀態(tài)即非直通狀態(tài)時，工作狀態(tài)如圖2（a）所示。而當逆變器處于直通狀態(tài)時，工作狀態(tài)如圖2（b）所示。

圖1　改進型Z源拓撲電路

（a）　非直通狀態(tài)

(b)　直通狀態(tài)

圖2　改進型Z源逆變器工作狀態(tài)

　　圖2中，兩個電感和電容的取值相等，直通占空比為D0.非直通狀態(tài)時：

　　直通狀態(tài)時：

　　由于穩(wěn)態(tài)時電感上的平均電壓為零，所以：

　　因此：