一種z源直流變換器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Z源直流變換器及其控制方法。所述Z源直流變換器，包括：逆變橋、諧振槽、變壓器和整流橋；逆變橋通過Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)與直流電源電連接，用于將直流信號轉(zhuǎn)換成交流信號，輸出交流信號至變壓器；諧振槽串聯(lián)于逆變橋與變壓器的原邊之間，用于在逆變橋處于直通狀態(tài)時，為逆變橋輸出的交流信號附加諧振信號，通過變壓器輸出附加諧振信號后的交流信號至整流橋；整流橋與變壓器的副邊電連接，用于對附加諧振信號后的交流信號進行整流處理，輸出整流后的直流信號至負載。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中Z源變換器開關(guān)損耗高的問題，降低了開關(guān)損耗，提高了Z源直流變換器的安全性和可靠性。
【專利說明】
-種z源直流變換器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明實施例設(shè)及電力電子技術(shù)，尤其設(shè)及一種Z源直流變換器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Z源直流變換器通過引進一個阻抗網(wǎng)絡(luò)，將主變換器電路與電源或負載禪合。正是 由于阻抗網(wǎng)絡(luò)的特殊性能，使得同一變換器同時具有升壓和降壓功能，輸出電壓范圍增大， 滿足光伏電池組并網(wǎng)時的要求，具有較好的推廣前景。
[0003] 目前，對Z源直流變換器的研究內(nèi)容主要包括Z源直流變換器的工作原理和調(diào)制策 略、Z源直流變換器的建模與控制及Z源直流變換器的應(yīng)用等方面。由于，Z源直流變換器能 夠提供傳統(tǒng)電壓源和電流源變換器所沒有的升降壓功能，能夠適應(yīng)輸入電壓寬范圍變化的 場合。將其應(yīng)用于新能源發(fā)電系統(tǒng)中，相比傳統(tǒng)的兩級式功率變化，其主電路節(jié)省一個有源 器件，電路結(jié)構(gòu)簡潔。
[0004] 但是，Z源直流變換器在運行過程中，當(dāng)開關(guān)頻率不斷提高時，單位時間內(nèi)的功率 元件開關(guān)次數(shù)相對增加，開通及關(guān)斷所帶來的開關(guān)損耗及電磁干擾隨之增加，導(dǎo)致Z源直流 變換器中開關(guān)管的開關(guān)損耗較高，而開關(guān)損耗高成為制約其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種Z源直流變換器及其控制方法，W降低Z源直流變換器的開關(guān)損 耗，提升了 Z源直流變換器的安全性和可靠性。
[0006] 第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種Z源直流變換器，包括:逆變橋、諧振槽、變壓 器和整流橋；
[0007] 所述逆變橋通過Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)與直流電源電連接，用于將直流信號轉(zhuǎn)換成交流信 號，輸出交流信號至變壓器；
[000引所述諧振槽串聯(lián)于所述逆變橋與所述變壓器的原邊之間，用于在逆變橋處于直通 狀態(tài)時，為所述逆變橋輸出的交流信號附加諧振信號，通過變壓器輸出附加諧振信號后的 交流信號至整流橋；
[0009] 所述整流橋與變壓器的副邊電連接，用于對附加諧振信號后的交流信號進行整流 處理，輸出整流后的直流信號至負載。
[0010] 進一步的，所述諧振槽包括諧振電感和諧振電容；
[0011] 所述諧振電感串聯(lián)于所述逆變橋與所述變壓器之間，W及，所述諧振電容并聯(lián)在 所述變壓器的原邊。
[0012] 進一步的，所述直流電源與Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)之間串聯(lián)有用于防止Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)電流回 流的元件。
[0013] 進一步的，還包括直流濾波電感，所述直流濾波電感串聯(lián)于所述整流橋與負載之 間，用于抑制輸出至所述負載的直流信號中的沖擊電流。
[0014] 第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種Z源直流變換器的控制方法，包括上述第一 方面的z源直流變換器，其控制方法包括：
[0015] 根據(jù)逆變橋的驅(qū)動脈沖信號，確定一個開關(guān)周期內(nèi)各個工作模式對應(yīng)的Z源直流 變換器的等效電路，根據(jù)所述等效電路計算諧振槽的電流參數(shù)和電壓參數(shù)；
[0016] 根據(jù)所述諧振槽的電流參數(shù)和電壓參數(shù)，確定Z源直流變換器的直通脈沖信號的 直通時間；
[0017] 根據(jù)所述直通時間調(diào)整所述逆變橋的驅(qū)動脈沖信號，使所述驅(qū)動脈沖信號的上升 沿和下降沿均位于所述直通時間的范圍內(nèi)，W實現(xiàn)所述逆變橋的軟開關(guān)。
[0018] 進一步的，所述電流參數(shù)為諧振電感的電流值iLs，W及，所述電壓參數(shù)為諧振電容 的電壓值Vcp。
[0019] 進一步的，根據(jù)所述諧振槽的電流參數(shù)和電壓參數(shù)，確定Z源直流變換器的直通脈 沖信號的直通時間，包括：
[0020] 根據(jù)諧振電容的電壓值Vcp的關(guān)系式和諧振電感的電流值iLs的關(guān)系式，確定Z源直 流變換器的相平面圖；
[0021] 根據(jù)所述相平面圖確定一個開關(guān)周期內(nèi)各個工作模式的持續(xù)時間關(guān)系式；
[0022] 根據(jù)所述持續(xù)時間關(guān)系式確定零電壓開啟和零電流關(guān)斷的時間范圍，將所述零電 壓開啟和零電流關(guān)斷的時間之和作為直通脈沖信號的直通時間。
[0023] 進一步的，根據(jù)所述持續(xù)時間關(guān)系式確定零電壓開啟和零電流關(guān)斷的時間范圍， 包括：
[0024] 根據(jù)一個開關(guān)周期內(nèi)諧振電感的平均電壓為零，W及，電壓值Vcp在一個開關(guān)周期 的前半部分和后半部分的極性相反，求解所述持續(xù)時間關(guān)系式，得到零電壓開啟時間范圍 和零電流關(guān)斷時間范圍。
[00巧]進一步的，還包括：
[0026] 所述零電流關(guān)斷時間的起始時刻為電流值iLs等于逆變橋直流母線電流ipn的時 刻。
[0027] 本發(fā)明通過在逆變橋與變壓器的原邊之間串聯(lián)諧振槽，在逆變橋處于直通狀態(tài) 時，諧振槽開始諧振，為所述逆變橋輸出的交流信號附加諧振信號，通過變壓器輸出附加諧 振信號后的交流信號至整流橋，從而通過整流橋為負載供電，對逆變橋采用零電壓開啟和 零電流關(guān)斷方式，解決現(xiàn)有技術(shù)中Z源變換器開關(guān)損耗高的問題，降低了開關(guān)損耗，提高了 Z 源直流變換器的安全性和可靠性。
【附圖說明】
[00%]圖1是本發(fā)明實施例一中的Z源直流變換器的電路原理圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明實施例一中的Z源直流變換器的驅(qū)動脈沖信號的產(chǎn)生原理圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明實施例一中的Z源直流變換器的工作原理波形圖；
[0031] 圖4a是本發(fā)明實施例一中一個開關(guān)周期的模式一的工作狀態(tài)對應(yīng)的Z源直流變換 器的電路原理圖；
[0032] 圖4b是本發(fā)明實施例一中一個開關(guān)周期的模式二的工作狀態(tài)對應(yīng)的Z源直流變換 器的電路原理圖；
[0033] 圖4c是本發(fā)明實施例一中一個開關(guān)周期的模式Ξ的工作狀態(tài)對應(yīng)的Z源直流變換 器的電路原理圖；
[0034] 圖4d是本發(fā)明實施例一中一個開關(guān)周期的模式四的工作狀態(tài)對應(yīng)的Z源直流變換 器的電路原理圖；
[0035] 圖4e是本發(fā)明實施例一中一個開關(guān)周期的模式五的工作狀態(tài)對應(yīng)的Z源直流變換 器的電路原理圖；
[0036] 圖4f是本發(fā)明實施例一中一個開關(guān)周期的模式六的工作狀態(tài)對應(yīng)的Z源直流變換 器的電路原理圖；
[0037] 圖5a是本發(fā)明實施例一中一個開關(guān)周期的模式一和模式二的工作狀態(tài)對應(yīng)的等 效電路圖；
[0038] 圖化是本發(fā)明實施例一中一個開關(guān)周期的模式Ξ的工作狀態(tài)對應(yīng)的等效電路圖；
[0039] 圖5c是本發(fā)明實施例一中一個開關(guān)周期的模式四的工作狀態(tài)對應(yīng)的等效電路圖；
[0040] 圖5d是本發(fā)明實施例一中一個開關(guān)周期的模式五和模式六的工作狀態(tài)對應(yīng)的等 效電路圖；
[0041 ]圖6是本發(fā)明實施例一中的Z源直流變換器的相平面圖；
[0042] 圖7是本發(fā)明實施例二中Z源直流變換器的控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明?？蒞理解的是，此處所描 述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便 于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。
[0044] 實施例一
[0045] 圖1為本發(fā)明實施例一提供的Z源直流變換器的電路原理圖，本實施例可適用于輸 出電壓波動范圍較大的光伏發(fā)電并網(wǎng)的情況，具體包括:逆變橋110、諧振槽120、變壓器和 整流橋130。
[0046] 所述逆變橋110通過Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)與直流電源電連接，用于將直流信號轉(zhuǎn)換成交流 信號，輸出交流信號至變壓器。所述諧振槽120串聯(lián)于所述逆變橋110與所述變壓器的原邊 之間，用于在逆變橋110處于直通狀態(tài)時，為所述逆變橋110輸出的交流信號附加諧振信號， 通過變壓器輸出附加諧振信號后的交流信號至整流橋130。所述整流橋130與變壓器的副邊 電連接，用于對附加諧振信號后的交流信號進行整流處理，輸出整流后的直流信號至負載。
[0047] 其中，直流電源可W是光伏電池。所述直流電源與Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)之間串聯(lián)有用于防 止Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)電流回流的元件。例如，將二級管D作為防止Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)電流回流的元件。 光伏電池通過二極管D輸出直流信號至Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)。
[004引 Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)包括WX形并聯(lián)在光伏電池輸出端的電感和電容(Li，L2，Cl，C2)，且將 Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為對稱網(wǎng)絡(luò)。
[0049]逆變橋110包括開關(guān)管，所述開關(guān)管可W是絕緣柵雙極型晶體管(簡稱IGBT)。逆變 橋110的連接方式可W是在上、下橋臂上分別連接有兩個1681'佔心、53、54)。在每個1681'上 均反并聯(lián)有續(xù)流二極管，對應(yīng)關(guān)系為絕緣柵雙極型晶體管Si對應(yīng)續(xù)流二極管化，絕緣柵雙極 型晶體管S2對應(yīng)續(xù)流二極管化，絕緣柵雙極型晶體管S3對應(yīng)續(xù)流二極管化，W及，絕緣柵雙 極型晶體管S4對應(yīng)續(xù)流二極管化。
[0050] 諧振槽120包括諧振電感Ls和諧振電容Cp，所述諧振電感Ls串聯(lián)于所述逆變橋110 與所述變壓器之間，W及，所述諧振電容Cp并聯(lián)在所述變壓器的原邊。其中，變壓器為隔離 變壓器T。
[0051] 隔離變壓器T的副邊串聯(lián)有整流橋130,所述整流橋130的上、下橋臂分別連接兩個 二極管(Ml, M2，M3，M4)。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括直流濾波電感Lf，所述直流濾波電 感Lf串聯(lián)于所述整流橋130與負載之間，用于抑制輸出至所述負載的直流信號中的沖擊電 流。
[0052] 本發(fā)明實施例通過在逆變橋與變壓器的原邊之間串聯(lián)諧振槽，在逆變橋處于直通 狀態(tài)時，諧振槽開始諧振，為所述逆變橋輸出的交流信號附加諧振信號，通過變壓器輸出附 加諧振信號后的交流信號至整流橋，從而通過整流橋為負載供電，對逆變橋采用零電壓開 啟和零電流關(guān)斷方式，解決現(xiàn)有技術(shù)中Z源變換器開關(guān)損耗高的問題，降低了開關(guān)損耗，提 高了 Z源直流變換器的安全性和可靠性。
[0053] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的電感化i、L2)和直流濾波電感Lf均遠大 于諧振槽120的諧振電感Ls的取值，并且Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的電感(Ci、C2)遠大于諧振槽120的諧 振電容Cp的取值。因此，Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的電感和電容可W分別等效為電流源（lLl、lL2、lLf)和 電壓源(Vci、Vc2)。由于Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的對稱性，W及，流過Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的電容的電流在一個 開關(guān)周期內(nèi)的平均值為零，可W得到：
[0化4] Vc = Vci = Vc2 (1)
[0055] lL=lLi = lL2 = Ii (2)
[0化6] lLf = I〇ut (3)
[0057]其中，Vci、Vc2分別為Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一電容Cl和第二電容C2的電壓。分別 為流經(jīng)Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一電感^和第二電感L2電流。iLf為流經(jīng)直流濾波電感Lf的電流。I i 和iDut分別為直流電源和負載側(cè)電流在一個開關(guān)周期內(nèi)的平均值。變壓器原邊的電流為一 正負交替的方波，若設(shè)定方波幅值為It,變壓器變比為n，則變壓器原邊電流iT可W表示為：
[0化引
（4)
[0059] 圖2是本發(fā)明實施例一中的Z源直流變換器的驅(qū)動脈沖信號的產(chǎn)生原理圖。將負載 上的電壓V。輸入至開關(guān)管驅(qū)動模塊，通過比較電壓V。與預(yù)置參考電壓Voref得到電壓偏差Δ V。。將電壓偏差Δν。輸入壓控振蕩器，經(jīng)壓控振蕩器處理輸出開關(guān)頻率fs，將開關(guān)頻率fs輸 入脈沖調(diào)制器，通過脈沖調(diào)制器處理輸出開關(guān)管Si至S4的驅(qū)動脈沖信號VGS1~VGS4。進而，通 過驅(qū)動脈沖信號控制開關(guān)管在一個開關(guān)周期內(nèi)的導(dǎo)通或關(guān)閉。從而，檢測得到一個開關(guān)周 期內(nèi)流經(jīng)開關(guān)管（Si~S4)的電流isi~is4,流經(jīng)二極管D的電流iD，流經(jīng)諧振電感Ls的電流 iLS，流經(jīng)逆變橋直流母線電流ipn，W及流經(jīng)變壓器原邊的電流iT。此外，還檢測得到一個開 關(guān)周期內(nèi)逆變橋輸出電壓Vac和諧振電容Cp上的電壓KCp'即得到圖3所示的Z源直流變換器 的工作原理波形圖。
[0060] 如圖3所示，一個開關(guān)周期可W分為12個工作模式，由于前6個工作模塊與后6個工 作模式的工作情況類似，下面具體分析前6個工作模式。
[0061] 1)工作模式l(t〇~ti階段）
[0062] 工作模式1對應(yīng)的工作狀態(tài)下，Z源直流變換器的電路原理圖如圖4a所示。其中，開 關(guān)管Si至S4均處于導(dǎo)通狀態(tài)。如圖3所示，在to時刻iLS<ipn，因此，續(xù)流二極管化和化關(guān)斷，電 流換流至開關(guān)管S2和S3，此時逆變橋處于直通狀態(tài)，二極管D關(guān)斷，Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一電容 Cl和第二電容C2分別給第一電感^和第二電感L2恒壓充電，諧振電感Ls和諧振電容Cp開始諧 振。在變壓器副邊側(cè)，整流橋中的二極管M2、M3導(dǎo)通給負載供電。此時，Z源直流變換器在工作 模式1的等效電路圖如圖5a所示，可W得到：
[0063] vL(t)=Vc (5)
[0070] 2)工作模式2(ti~t2階段）
[0071] 工作模式2對應(yīng)的工作狀態(tài)下，Z源直流變換器的電路原理圖如圖4b所示。在ti時 亥IJ，諧振電感電流ks與逆變橋輸入電流ira目等，且由ks<ipn向ksMpn變化。此時，開關(guān)管S2 和S3關(guān)斷，電流換流至二極管化和化，逆變橋仍處于直通狀態(tài)。二極管D關(guān)斷，Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的 第一電容Cl和第二電容C2分別給第一電感^和第二電感L2恒壓充電，諧振電感Ls和諧振電容 Cp開始諧振。在變壓器副邊側(cè)，整流橋中的二極管M2、M3導(dǎo)通給負載供電。此時，Z源直流變換 器在工作模式2的等效電路圖如圖5a所示，Vcp(t)和its (0的表達式與工作模式1相同。
[0072] 3)工作模式3作2~古3階段）
[0073] 工作模式3對應(yīng)的工作狀態(tài)下，Z源直流變換器的電路原理圖如圖4c所示。在t2時 亥IJ，諧振電感電流iLs達到最大值;諧振電容電壓Ucp=〇,且由< 0向Ucp > 0變化;變壓 器電流由負轉(zhuǎn)正。此時，整流橋中二極管M2和M3關(guān)斷，Ml和M4導(dǎo)通。開關(guān)管Si和S4導(dǎo)通，開關(guān)管 S2和S3關(guān)斷，電流換流至二極管化和化，逆變橋仍處于直通狀態(tài)。二極管D關(guān)斷，Z源阻抗網(wǎng)絡(luò) 的第一電容Cl和第二電容C2分別給第一電感^和第二電感Lst旦壓充電，諧振電感Ls和諧振電 容Cp開始諧振。在變壓器副邊側(cè)，整流橋中的二極管化、M4導(dǎo)通給負載供電。此時，Z源直流變 換器在工作模式3的等效電路圖如圖化所示，可W得到：
[0074] VL(t)=Vc (11)
[0075]
(12)
[0076]由式(12)得到： Γ00771
(13)
[0078] 其中，Im、WrW及Zr的關(guān)系式見式(8)至(10)，此處不再寶述。
[0079] 4)工作模式4(t3~t4階段）
[0080] 工作模式4對應(yīng)的工作狀態(tài)下，Z源直流變換器的電路原理圖如圖4d所示。在t3時 亥IJ，諧振電感電流iLS等于逆變橋輸入電流iPn，且t3時刻的前一個工作模式中iLsMpn。此時， 化和化關(guān)斷，逆變橋處于非直通狀態(tài)，且逆變橋直流母線電壓·%< 2Vc - K'。此時， 二極管D關(guān)斷，Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一電容Cl和第二電容C2分別給第一電感^和第二電感L2恒 壓充電，諧振電感Ls和諧振電容Cp開始諧振。在變壓器副邊側(cè)，整流橋中的二極管Mi、M4導(dǎo)通 給負載供電。此時，Z源直流變換器在工作模式4的等效電路圖如圖5c所示，可W得到：
[0081]
[0083] 5)工作模式5(t4~t日階段）
[0084] 工作模式5對應(yīng)的工作狀態(tài)下，Z源直流變換器的電路原理圖如圖4e所示。在t4時 亥lj，％n=鮮P < 2K:-巧，iD〉〇,二極管D導(dǎo)通，直流電源為第一電容。和第二電容C2充電。 此時，Z源直流變換器在工作模式5的等效電路圖如圖5d所示，可W得到：
[0085] VL(t)=Vi-Vc (16)
[0086]
[0089] 其中，COr和Zr的關(guān)系式見式(9)和（10)，此處不再寶述。
[0090] 6)工作模式6佔~*6階段）
[0091] 工作模式6對應(yīng)的工作狀態(tài)下，Z源直流變換器的電路原理圖如圖4f所示。在t5時 亥IJ，諧振電感電流iLS = 〇，且由iLS〉〇向iLS<〇變化。此時，開關(guān)管Si和S4關(guān)斷，電流換流至續(xù)流 二極管化和〇4,二極管D導(dǎo)通，直流電源為第一電容Cl和第二電容C2充電。此時，Z源直流變換 器在工作模式6的等效電路圖如圖5d所示，·(ο和的表達式與工作模式5相類似。
[0092] 工作模式7至工作模式12與工作模式1至工作模式6為反相對稱的關(guān)系，由工作模 式1至工作模式6的和its(0的關(guān)系式，可W獲得工作模式7至工作模式12關(guān)于 Kcp份和it,的的關(guān)系式。根據(jù)一個開關(guān)周期內(nèi)％。的和心,任)的關(guān)系式，確定Z源直流變 換器的相平面圖。如圖6所示，相平面圖W Ucp為橫坐標(biāo)，馬為縱坐標(biāo)。每個工作模式的持 續(xù)時間如下：
[0093]
[0098] 假定Ts為開關(guān)周期，可W得到：
[0099] Toi+Ti2 巧 23+了34 巧 46 = Ts/2 (24)
[0100] 由于一個開關(guān)周期內(nèi)中Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)中電感的平均電壓為零，可W得到：
[0101]
[0104]由于一個開關(guān)周期內(nèi)，前半部分的工作模式(工作模式1至工作模式6)與后半部分 的工作模塊(工作模式7至工作模式I2)反相對稱，有化P(t〇)二_Uc,，（t6)。由圖 6的相平面 圖可知：
[0105]
[0106] 假定電路參數(shù)及工作狀態(tài)確定，即變壓器變比η、諧振槽角頻率Or、諧振槽特性阻 抗Zr、輸入電壓Vi、輸入電流li、輸出電流lout和開關(guān)周期Ts已知。將（2)式，（4)式，（19)~ (23)式和(26)~（27)代入(24)式，（25)式和(28)式得到(￥。，1。，1〇)。再將(￥。，1。，1〇)代入 (19)~(21)式，得到零電壓開啟時間Toi和零電流關(guān)斷時間Τ?3。將所述零電壓開啟時間和零 電流關(guān)斷的時間之和作為直通脈沖信號的直通時間。令逆變橋直流母線電壓Vpn在直通時間 的取值為零，從而得到直通脈沖信號。將直通脈沖信號輸入至開關(guān)管驅(qū)動模塊，根據(jù)所述直 通脈沖信號調(diào)整開關(guān)管的驅(qū)動脈沖信號，使所述驅(qū)動脈沖信號的上升沿和下降沿均位于所 述直通時間的范圍內(nèi)，W實現(xiàn)所述逆變橋的軟開關(guān)。
[0107] 實施例二
[0108] 圖7是本發(fā)明實施例二中Z源直流變換器的控制方法的流程圖。本實施例的技術(shù)方 案用于控制上述實施例的Z源直流變換器，實現(xiàn)所述Z源直流變換器的軟開關(guān)，具體包括如 下步驟：
[0109] 步驟210、根據(jù)逆變橋的驅(qū)動脈沖信號，確定一個開關(guān)周期內(nèi)各個工作模式對應(yīng)的 Z源直流變換器的等效電路，根據(jù)所述等效電路計算諧振槽的電流參數(shù)和電壓參數(shù)。
[0110] 其中，逆變橋的驅(qū)動脈沖信號可W由上述實施例的開關(guān)管驅(qū)動模塊輸出。驅(qū)動脈 沖信號的產(chǎn)生過程見上述實施例，此處不再寶述?？刂破鳙@得逆變橋的驅(qū)動脈沖信號，并檢 測一個開關(guān)周期內(nèi)流經(jīng)開關(guān)管(Si~S4)的電流isi~is4,流經(jīng)二極管D的電流iD，流經(jīng)諧振電 感Ls的電流iLS，流經(jīng)逆變橋直流母線電流ipn，W及流經(jīng)變壓器原邊的電流iT。此外，還檢測 得到一個開關(guān)周期內(nèi)逆變橋輸出電壓Vac和諧振電容Cp上的電壓巧:P。根據(jù)上述電路參數(shù)和 工作模式，得到Z源直流變換器在一個開關(guān)周期內(nèi)各個工作模式的等效電路，等效電路與述 實施例相同，此處不再寶述。根據(jù)所述等效電路計算諧振槽的電流參數(shù)和電壓參數(shù)。優(yōu)選為 根據(jù)所述等效電路計算諧振槽的諧振電感的電流值iLs，W及，諧振電容的電壓值Vcp。具體 計算方法見上述實施例，此處不再寶述。
[0111] 步驟220、根據(jù)所述諧振槽的電流參數(shù)和電壓參數(shù)，確定Z源直流變換器的直通脈 沖信號的直通時間。
[0112] 其中，所述直通時間為逆變橋直流母線電壓Vpn為零的時間。根據(jù)諧振電容的電壓 值Vcp的關(guān)系式和諧振電感的電流值iLs的關(guān)系式，確定Z源直流變換器的相平面圖。根據(jù)所 述相平面圖確定一個開關(guān)周期內(nèi)各個工作模式的持續(xù)時間關(guān)系式。根據(jù)所述持續(xù)時間關(guān)系 式確定零電壓開啟和零電流關(guān)斷的時間范圍，例如，根據(jù)一個開關(guān)周期內(nèi)諧振電感的平均 電壓為零，W及，電壓值Vcp在一個開關(guān)周期的前半部分和后半部分的極性相反，求解所述持 續(xù)時間關(guān)系式，得到零電壓開啟時間范圍和零電流關(guān)斷時間范圍。將所述零電壓開啟和零 電流關(guān)斷的時間之和作為直通脈沖信號的直通時間。
[0113] 步驟230、根據(jù)所述直通時間調(diào)整所述逆變橋的驅(qū)動脈沖信號，使所述驅(qū)動脈沖信 號的上升沿和下降沿均位于所述直通時間的范圍內(nèi)，W實現(xiàn)所述逆變橋的軟開關(guān)。
[0114] 本發(fā)明實施例，通過計算一個開關(guān)周期內(nèi)各個工作模式對應(yīng)的諧振槽的電流參數(shù) 和電壓參數(shù);從而，確定Z源直流變換器的直通脈沖信號的直通時間；再根據(jù)直通時間調(diào)整 所述逆變橋的驅(qū)動脈沖信號，使所述驅(qū)動脈沖信號的上升沿和下降沿均位于所述直通時間 的范圍內(nèi)，W實現(xiàn)所述逆變橋的軟開關(guān)。本發(fā)明實施例解決現(xiàn)有技術(shù)中Z源變換器開關(guān)損耗 高的問題，降低了開關(guān)損耗，提高了 Z源直流變換器的安全性和可靠性。
[0115] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述零電流關(guān)斷時間的起始時刻為電流值iLs等于逆變 橋直流母線電流ipn的時刻。并且，在電流值iLs不小于逆變橋直流母線電流ipn時，實現(xiàn)逆變 橋零電流關(guān)斷。
[0116] 注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解， 本發(fā)明不限于運里所述的特定實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進行各種明顯的變化、 重新調(diào)整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護范圍。因此，雖然通過W上實施例對本發(fā)明進行 了較為詳細的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于W上實施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還 可W包括更多其他等效實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【主權(quán)項】
1. 一種Z源直流變換器，其特征在于，包括:逆變橋、諧振槽、變壓器和整流橋； 所述逆變橋通過Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)與直流電源電連接，用于將直流信號轉(zhuǎn)換成交流信號，輸 出交流信號至變壓器； 所述諧振槽串聯(lián)于所述逆變橋與所述變壓器的原邊之間，用于在逆變橋處于直通狀態(tài) 時，為所述逆變橋輸出的交流信號附加諧振信號，通過變壓器輸出附加諧振信號后的交流 信號至整流橋； 所述整流橋與變壓器的副邊電連接，用于對附加諧振信號后的交流信號進行整流處 理，輸出整流后的直流信號至負載。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z源直流變換器，其特征在于，所述諧振槽包括諧振電感和諧 振電容； 所述諧振電感串聯(lián)于所述逆變橋與所述變壓器之間，以及，所述諧振電容并聯(lián)在所述 變壓器的原邊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z源直流變換器，其特征在于，所述直流電源與Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)之 間串聯(lián)有用于防止Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)電流回流的元件。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z源直流變換器，其特征在于，還包括直流濾波電感，所述直流 濾波電感串聯(lián)于所述整流橋與負載之間，用于抑制輸出至所述負載的直流信號中的沖擊電 流。5. -種Z源直流變換器的控制方法，其特征在于，包括權(quán)利要求1至4任一所述的Z源直 流變換器，其控制方法包括： 根據(jù)逆變橋的驅(qū)動脈沖信號，確定一個開關(guān)周期內(nèi)各個工作模式對應(yīng)的Z源直流變換 器的等效電路，根據(jù)所述等效電路計算諧振槽的電流參數(shù)和電壓參數(shù)； 根據(jù)所述諧振槽的電流參數(shù)和電壓參數(shù)，確定Z源直流變換器的直通脈沖信號的直通 時間； 根據(jù)所述直通時間調(diào)整所述逆變橋的驅(qū)動脈沖信號，使所述驅(qū)動脈沖信號的上升沿和 下降沿均位于所述直通時間的范圍內(nèi)，以實現(xiàn)所述逆變橋的軟開關(guān)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的Z源直流變換器的控制方法，其特征在于，包括： 所述電流參數(shù)為諧振電感的電流值iLS，以及，所述電壓參數(shù)為諧振電容的電壓值VCp。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Z源直流變換器的控制方法，其特征在于，根據(jù)所述諧振槽的 電流參數(shù)和電壓參數(shù)，確定Z源直流變換器的直通脈沖信號的直通時間，包括： 根據(jù)諧振電容的電壓值VCp的關(guān)系式和諧振電感的電流值1^的關(guān)系式，確定Z源直流變 換器的相平面圖； 根據(jù)所述相平面圖確定一個開關(guān)周期內(nèi)各個工作模式的持續(xù)時間關(guān)系式； 根據(jù)所述持續(xù)時間關(guān)系式確定零電壓開啟和零電流關(guān)斷的時間范圍，將所述零電壓開 啟和零電流關(guān)斷的時間之和作為直通脈沖信號的直通時間。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的Z源直流變換器的控制方法，其特征在于，根據(jù)所述持續(xù)時間 關(guān)系式確定零電壓開啟和零電流關(guān)斷的時間范圍，包括： 根據(jù)一個開關(guān)周期內(nèi)諧振電感的平均電壓為零，以及，電壓值VCp在一個開關(guān)周期的前 半部分和后半部分的極性相反，求解所述持續(xù)時間關(guān)系式，得到零電壓開啟時間范圍和零 電流關(guān)斷時間范圍。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的Z源直流變換器的控制方法，其特征在于，還包括： 所述零電流關(guān)斷時間的起始時刻為電流值its等于逆變橋直流母線電流ipn的時刻。
【文檔編號】H02M3/335GK106059312SQ201610569753
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月19日
【發(fā)明人】董曉亮
【申請人】國家電網(wǎng)公司華北分部, 國家電網(wǎng)公司