【《阻抗源直流变换器综述》2000字】

阻抗源直流变换器综述目录TOC\o"1-3"\h\u17949阻抗源直流变换器综述 1145461.1阻抗源直流变换器工作原理 139481.1.1传统Boost直流变换器 1144321.1.2基于阻抗源网络的直流变换器 2195611.1.3Boost升压网络和Z源网络对比 2256161.2阻抗源直流变换器逆变源开关状态 41.1阻抗源直流变换器工作原理1.1.1传统Boost直流变换器基于Boost电路的直流变换器由Boost升压网络、H桥逆变器、高频变压器、二极管整流连接LC滤波器组成，如图2-1所示。图2-1基于Boost电路的直流变换器Boost电路是一个直流升压开的关电路，它可以使输出的电压高于输入的电压。假设电路中的电感L1和电容器C1的值很大，则当开关闭合时，输入电压流经L1，即S1导通以实现对电感的充电效果，而且充电电流基本恒定，电感器存储其中的一部分能量。由于直流电的输入，电感器的电流以一定比例线性增加，并且电感器L1储能导致电压被提升。右侧主要由C1供电，二极管主要为了控制电容放电方向，防止对地放电。当开关关闭时，即由于电感器的电流保持特性而关闭S1时，L1处的电流不会立即变为0，但前一次充电的电流值会缓慢变为0，能量形式为向C1供电时，对C1充电，电源端子也对C1充电，这时的输出电压大于输入电压，从而产生升压。由于电感器L1在储能之后泵升电压，而电容器C1可以维持输出电压，因此升压电路的输出电压高于电源电压，具有升压功能[31]。1.1.2基于阻抗源网络的直流变换器基于Z源网络的直流变换器如图2-2所示，除了升压环节和Boost变换器不同，其余组成都相同，由Z源升压网络、H桥逆变器、高频变压器、二极管整流连接LC滤波器组成。图2-2基于Z源网络的直流变换器与Boost升压网络相比，Z源网络通过在逆变器右侧开关管S23、S24的驱动信号中施加直通信号实现升压功能，由于直通信号会占用开关管的有效导通时间，所以在Z阻抗源变换器移相控制的基础上施加直通信号。在传统变换器中，由于直通状态会损伤器件，所以不允许出现这种状况。而Z源变换器可以利用它特有的阻抗源网络，在不损伤器件的情况下实现直通状态，从而实现电路的升压功能，和Boost升压电路相比，大大降低了器件损耗，提高了整个系统的可靠性。1.1.3Boost升压网络和Z源网络对比(1)Boost升压网络Boost升压等效电路如图2-3所示:（a）S1导通（b）S1关断图2-SEQFigure\*ARABIC3传统Boost升压变换器等效电路对Boost电路来说，在稳态状态下，电感L1存储和释放的能量在一个周期内是相等的，即：(2-1) (2-1)进一步可得出输出电压：(2-2) (2-2)其中，T/toff≥1，ton/T为开关管的导通占空比，用α表示，1/(1-α)即为Boost电路的升压比。Z源升压网络Z源网络升压等效电路如图2-4所示:（a）直通状态（b）非直通状态图2-4Z阻抗源网络升压等效电路对Z源升压网络而言，设定逆变器开关周期为T，其中电路在T0这个时间段是处于直通状态的，而电路在T1这个时间段内则处于非直通状态，由此可以得到开关管开通关断一次的周期为2T=T0+T1，直通占空比为d0=T0/T。若从直流侧开始逆变器就处于不连续的工作状态，则逆变桥对应于电源[32]。等效电路如图2-4(a)所示。根据基尔霍夫定律，我们可以获得：(2-3) (2-3)当处于直通模式时，逆变器会短路，等效电路如图2-4(b)。根据基尔霍夫定律，我们可以获得：(2-4) (2-4)电路工作在稳定状态时，满足伏秒平衡原则，即：(2-5) (2-5)可以得到Z阻抗源网络电容C11、C12两端电压为：(2-6) (2-6)由式(2-3)、(2-4)、(2-6)可以得出逆变桥直流母线的电压峰值和交流输出相电压峰值为：(2-7) (2-7)式(2-7)中，B为逆变器的升压因子，M为逆变器的调制系数[33]。1.2阻抗源直流变换器逆变源开关状态图2-5为Boost升压变换器中逆变器开关管和Z阻抗源直流变换器开关管的驱动信号。图2-5逆变器驱动信号图根据图2-5对两种变换器的开关状态进行分析可知，传统单相电压源逆变器包含四种开关状态，包括两个有效状态和两个常规零向量状态，如表2-1。有效状态是两个桥臂的上端和下端的开关管导通，即S11/S21和S14/S24同时导通，或者S12/S22和S13/S23同时导通，但是逆变器是正常的换向过程。另外，有两种传统的零向量状态：此时，两个桥臂的上端两个管同时打开，或者两个下管同时打开，即S11/S21和S13/S23或者S12/S22和S14/S24同时打开，此时逆变器输出电压，并且滤波电感电流流经开关管和另一个反并联二极管。Z源逆变器的通过状态是相同的桥臂通过或两个桥臂都通过，共包括9种开关状态，多出5种直通零矢量状态。表2-1逆变桥开关状态S11/S21S12/S22S13/S23S14/S24开关状态1000传统状态1011直通零矢量0101传统零矢量0110有效状态1011直通零矢量1101直通零矢量1001传统零矢量0111直通零矢量0011直通零矢量目前，用于Z源逆变器控制的主要PWM控制方法如下：恒定直通占空比控制法[34-35]：控制思想是将具有相同占空比的直通零矢量插入传统的零向量中。这种控制方法易于实现，但与没有通过矢量的情况相比，系统功率管的开关频率加倍，开关电压变大，限制了其在大功率应用中的使用。最大化直通占空比控制法[36-37]：控制思想是将所有常规零向量替换为直通零向量。特别是在三相逆变器中，通过使用这种控制方法可