一種基于Z源逆變器的燃料電池汽車變換器

Ts為開(kāi)關(guān)周期；T1，T2分別為有效矢量(100)、(110)的作用時(shí)間；Tz為傳統(tǒng)SVPWM中的零矢量作用時(shí)間，Tz=Ts-T1-T2；T0為直通時(shí)間，T0=Tz／12。
如圖5，直通狀態(tài)被均勻地分布在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期，插入的直通時(shí)間沒(méi)有額外增加開(kāi)關(guān)次數(shù)，各狀態(tài)分配時(shí)間如圖5所示。

圖6所示為直通信號(hào)和開(kāi)關(guān)管SW驅(qū)動(dòng)信號(hào)的關(guān)系。通過(guò)分析上述電路的工作狀態(tài)可知，在直通狀態(tài)發(fā)生時(shí)，開(kāi)關(guān)管SW處于關(guān)斷狀態(tài)；為了得到所需的輸入電流(正電流或負(fù)電流)保證Z網(wǎng)絡(luò)輸出電流(iL+iC)不小于負(fù)載電流的50％，即iL+iC=iPN／2，在逆變橋處于非直通狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)管SW工作在導(dǎo)通狀態(tài)。也就是說(shuō)，開(kāi)關(guān)管SW的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和逆變橋的直通信號(hào)為互補(bǔ)關(guān)系。

3 仿真結(jié)果與分析
本文對(duì)高性能Z源逆變器工作原理和狀態(tài)進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，仿真和實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)如下：系統(tǒng)輸入電壓V0=510 V；系統(tǒng)輸入電容C=470μF；L1=L2=100μH，C1=C2=470μF；開(kāi)關(guān)頻率fs=10 kHz；直通占空比D0=0．17。圖7和圖8是傳統(tǒng)電壓型逆變器和Z源逆變器在負(fù)載較輕時(shí)(RL=400 Ω)直流鏈電壓仿真結(jié)果的比較。由圖7可以看到，傳統(tǒng)逆變器的直流鏈電壓在非直通狀態(tài)時(shí)有電壓畸變現(xiàn)象，圖8顯示高性能Z源逆變器明顯消除了直流鏈電壓畸變現(xiàn)象。由圖9可以看出，改進(jìn)后的Z源逆變器輸出電壓波形的正弦性較好，諧波較少。

4 結(jié)語(yǔ)
交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是未來(lái)電動(dòng)汽車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流。本文采用新型Z源逆變器拓?fù)湓诶^承傳統(tǒng)Z源逆變器中能寬范圍調(diào)壓；允許逆變橋上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通，提高了逆變橋的安全性；消除了死區(qū)對(duì)輸出交流電壓的影響；減小開(kāi)關(guān)損耗，提高電能變換效率等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，針對(duì)Z源逆變器應(yīng)用于燃料電池汽車后所面臨的一些固有缺點(diǎn)，提出了改進(jìn)措施，使得Z源逆變器作為一種低成本、高可靠性的單級(jí)式升降壓逆變器實(shí)現(xiàn)方案，在改進(jìn)后非常適合在燃料電池輸出電壓不穩(wěn)定，而對(duì)輸出電能要求較高的燃料電池汽車上應(yīng)用。