基于Simulink的改進(jìn)Z源逆變器的設(shè)計(jì)

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

　　0 引 言

　　太陽能在我國(guó)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(diǎn)。

　　常規(guī)的電壓源型逆變器同一橋臂的上下兩個(gè)功率管如果同時(shí)導(dǎo)通會(huì)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(shí)間，而死區(qū)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致輸出波形的畸變。

　　同時(shí)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(chǎng)合，需要在前一級(jí)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(xué)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(diǎn)，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(duì)傳統(tǒng)Z源逆變器的這些缺點(diǎn)，提出了改進(jìn)型Z源的拓?fù)浣Y(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(duì)于電容上電壓耐壓值降低的原因，同時(shí)分析了其開關(guān)管與傳統(tǒng)Z源在電壓電流應(yīng)力上面的改進(jìn)。

　　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(jìn)型Z源逆變器也是通過逆變器橋臂的直通狀態(tài)來達(dá)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(shí)，工作狀態(tài)如圖2（a）所示。而當(dāng)逆變器處于直通狀態(tài)時(shí)，工作狀態(tài)如圖2（b）所示。

圖1　改進(jìn)型Z源拓?fù)潆娐?/p>

（a）　非直通狀態(tài)

(b)　直通狀態(tài)

圖2　改進(jìn)型Z源逆變器工作狀態(tài)

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

　　直通狀態(tài)時(shí)：

　　由于穩(wěn)態(tài)時(shí)電感上的平均電壓為零，所以：

　　因此：