[发明专利]一种适用于燃料电池发电的高增益准Z源开关升压逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子电路技术领域，具体涉及一种适用于燃料电池发电的高增益准Z源开关升压逆变器。

背景技术

随着现代社会的发展和可再生新能源的开发利用，使用燃料电池实现清洁发电的应用得到了越来越多的推广。但是，由于单个燃料电池提供的直流电压较低，无法满足现有用电设备的用电需求，三相逆变器的交流输出电压也不能满足并网的需求，故往往需要将多个电池串联起来以达到所需的输出电压等级。这种方法一方面增加了整个系统的体积，大大降低了整个系统的可靠性，另一方面还需解决相应的串联均压问题。为此，需要研究提出一些能够把低电压转换为高电压的高增益变换器电路。近几年提出的Z源升压变换器和开关升压变换器都是一种高增益变换器电路，但由于传统Z源变换器电路具有较高的阻抗网络电容电压应力，电源电流不连续，输出与输入不共地，且电路启动时存在很大启动冲击电流，以及开关升压变换器输出电压增益比较低的缘故，限制了这两种变换器电路在实际生产生活中的拓展应用。因此，有必要进一步研究和发明一些具有更高输出电压增益的变换器拓扑结构。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种适用于燃料电池发电的高增益准Z源开关升压逆变器，具体技术方案如下。

一种适用于燃料电池发电的高增益准Z源逆变器电路，包括电压源、准Z 源单元、开关升压单元、三相逆变桥、输出滤波电感、滤波电容和交流侧三相负载。所述准Z源单元由第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和第一二极管构成；所述开关升压单元由第二二极管、第三二极管、第三电容和MOS 管S₇构成。

进一步地，所述适用于燃料电池发电的高增益准Z源开关升压逆变器电路的具体连接方式为：电压源的正极与第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端分别与第一二极管的阳极和第一电容的负极连接；所述第一二极管的阴极分别与第二电感的一端和第二电容的正极连接；所述第二电感的另一端分别与第一电容的正极、第二二极管的阳极和MOS管的漏极连接；所述第二二极管的阴极分别与三相逆变桥的正极性端和第三电容的正极连接；所述第三电容的负极分别与第三二极管的阳极和MOS管的源极连接；所述第三二极管的阴极分别与三相逆变桥的负极性端、第二电容的负极和电压源的负极连接。

与现有技术相比，本发明电路具有如下优点和技术效果：输出电压增益更高，对启动冲击电流具有很好的抑制作用，减小了逆变桥中开关器件的电压应力，可靠性提高，且输出与输入共地，因而更适合应用于光伏发电和燃料电池发电等新能源发电技术领域。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中的一种高增益准Z源开关升压逆变器电路。

图2是图1所示一种高增益准Z源开关升压逆变器进行模态分析的简化等效电路图。

图3a、图3b分别是图1所示一种高增益准Z源开关升压逆变器在其三相逆变桥直通时和非直通时的等效电路图。

图4a为本发明电路的升压因子曲线与开关电感准Z源逆变器、基于二极管一级拓展的准Z源逆变器、基于电容一级拓展的准Z源逆变器和传统Z源逆变器的升压因子曲线比较图；

图4b为五种逆变器的调制系数M与交流侧输出电压增益G的关系曲线图；

图4c为四种逆变器中开关器件电压应力的比较，由图可知本发明电路逆变桥中开关器件的电压应力要比其他四种逆变器拓扑都要小，进而减小了使用开关器件的成本费用；

图4d以V_in＝20V，直通占空比D＝0.2为例给出了本发明电路直流侧和交流侧相关变量的仿真结果图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。