一种基于Z源逆变器的燃料电池汽车变换器

2 Z源逆变器的调制方法

在众多逆变器控制算法里，SVPWM算法以其有物理概念清晰，直流电压利用率高，动态响应快，在输出电压波形质量相同情况下开关器件工作频率低，开关损耗小等优点，广泛应用在三相逆变器的控制中。

为了将SVPWM应用于新型Z源逆变器，需要对传统的SVPWM进行改进。在一个开关周期，传统的SVPWM中需要插入直通时间T0，以实现升压功能。以第一扇区为例，改进后的SVPWM控制波形如图5所示。

Ts为开关周期；T1，T2分别为有效矢量(100)、(110)的作用时间；Tz为传统SVPWM中的零矢量作用时间，Tz=Ts-T1-T2；T0为直通时间，T0=Tz／12。

如图5，直通状态被均匀地分布在整个开关周期，插入的直通时间没有额外增加开关次数，各状态分配时间如图5所示。

图6所示为直通信号和开关管SW驱动信号的关系。通过分析上述电路的工作状态可知，在直通状态发生时，开关管SW处于关断状态；为了得到所需的输入电流(正电流或负电流)保证Z网络输出电流(iL+iC)不小于负载电流的50％，即iL+iC=iPN／2，在逆变桥处于非直通状态时，开关管SW工作在导通状态。也就是说，开关管SW的驱动信号和逆变桥的直通信号为互补关系。

3 仿真结果与分析

本文对高性能Z源逆变器工作原理和状态进行了仿真和实验验证，仿真和实验电路参数如下：系统输入电压V0=510 V；系统输入电容C=470μF；L1=L2=100μH，C1=C2=470μF；开关频率fs=10 kHz；直通占空比D0=0．17。图7和图8是传统电压型逆变器和Z源逆变器在负载较轻时(RL=400 Ω)直流链电压仿真结果的比较。由图7可以看到，传统逆变器的直流链电压在非直通状态时有电压畸变现象，图8显示高性能Z源逆变器明显消除了直流链电压畸变现象。由图9可以看出，改进后的Z源逆变器输出电压波形的正弦性较好，谐波较少。


4 结语

交流电机驱动系统是未来电动汽车电气驱动系统的主流。本文采用新型Z源逆变器拓扑在继承传统Z源逆变器中能宽范围调压；允许逆变桥上下桥臂同时导通，提高了逆变桥的安全性；消除了死区对输出交流电压的影响；减小开关损耗，提高电能变换效率等优点的同时，针对Z源逆变器应用于燃料电池汽车后所面临的一些固有缺点，提出了改进措施，使得Z源逆变器作为一种低成本、高可靠性的单级式升降压逆变器实现方案，在改进后非常适合在燃料电池输出电压不稳定，而对输出电能要求较高的燃料电池汽车上应用。