基于Simulink的改进Z源逆变器的设计

摘要：与传统逆变器相比，文章提出的改进型Z源逆变器不仅可以减小电容和电感，同时电容的电压应力得到有效降低。文中首先对其电路工作原理进行分析，得到各参数的设计方法，再由计算及仿真，推算出开关管上的电流应力确实有效降低，并在Simulink中验证了该改进型Z源设计的合理性。

　　0 引 言

　　太阳能在我国低碳化产业中起着至关重要的作用，因而太阳能中所用的逆变器无疑是研究的热点。

　　常规的电压源型逆变器同一桥臂的上下两个功率管如果同时导通会发生短路现象，从而损坏功率管，因此需要加入死区时间，而死区时间会导致输出波形的畸变。

　　同时电压源型逆变器输出电压低于直流输入电压，在输入电压较低或者输入电压变化幅度比较大的场合，需要在前一级加入升压电路。而电流源型逆变器则是逆变器输出电压高于直流输入电压。因此浙江大学彭方正教授提出的Z源逆变器能够有效地解决这些不足。一般用的比较多的是电压源型逆变器，下面将主要讨论电压源型逆变器。

　　电压源型Z源逆变器同样有一些缺点，比如在升压模式下，输入电流不连续和电容承受电压过大，因而要求电容的最大承受电压能力大，从而增加成本。本文针对传统Z源逆变器的这些缺点，提出了改进型Z源的拓扑结构，并分析了稳定状态的工作原理以及其控制策略，阐述了其对于电容上电压耐压值降低的原因，同时分析了其开关管与传统Z源在电压电流应力上面的改进。

　　1 电路工作原理

　　1.1稳态工作原理

　　与传统Z源逆变器一样，改进型Z源逆变器也是通过逆变器桥臂的直通状态来达到升压目的，如图1所示。逆变器处于6种有效矢量状态即非直通状态时，工作状态如图2（a）所示。而当逆变器处于直通状态时，工作状态如图2（b）所示。

图1　改进型Z源拓扑电路

（a）　非直通状态

(b)　直通状态

图2　改进型Z源逆变器工作状态

　　图2中，两个电感和电容的取值相等，直通占空比为D0.非直通状态时：

　　直通状态时：

　　由于稳态时电感上的平均电压为零，所以：

　　因此：