基于Simulink的改進Z源逆變器的設計

摘要：與傳統逆變器相比，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，得到各參數的設計方法，再由計算及仿真，推算出開關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業中起著至關重要的作用，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生短路現象，從而損壞功率管，因此需要加入死區時間，而死區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Z源逆變器的這些缺點，提出了改進型Z源的拓撲結構，并分析了穩定狀態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，同時分析了其開關管與傳統Z源在電壓電流應力上面的改進。

　　1 電路工作原理

　　1.1穩態工作原理

　　與傳統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種有效矢量狀態即非直通狀態時，工作狀態如圖2（a）所示。而當逆變器處于直通狀態時，工作狀態如圖2（b）所示。

圖1　改進型Z源拓撲電路

（a）　非直通狀態

(b)　直通狀態

圖2　改進型Z源逆變器工作狀態

　　圖2中，兩個電感和電容的取值相等，直通占空比為D0.非直通狀態時：

　　直通狀態時：

　　由于穩態時電感上的平均電壓為零，所以：

　　因此：