圖4.4D1圖4.5D1圖中紅色與藍(lán)色的方波信號是控制通斷，輸出波形標(biāo)示顏色為紫色，由此可見當(dāng)D1=D2且圖4.6D1（2）當(dāng)D1=0.7，D圖4.7D1=0圖4.8D1=0.7由以上兩幅圖可以看出，D1兩圖對比可得在沒有Z源網(wǎng)絡(luò)情況下，輸出電壓不會超出Vd/2與?Vd/2的范圍；而Z源逆變器此時Vp<50驗證了Z源逆變器可以通過調(diào)節(jié)信號占空比實現(xiàn)升壓功能的特點。此時Z源網(wǎng)絡(luò)電容電壓如圖4.9所示：圖4.9D1=0.7（3）當(dāng)D1=D2=圖4.10D1圖4.11D1由以上兩幅圖可得，傳統(tǒng)電流型逆變器的輸出波形隨著直通狀態(tài)時間的延長而進(jìn)一步產(chǎn)生畸變，此處不再贅述。Z源逆變器的輸出電壓由于占空比升高而進(jìn)一步升高，總輸出電壓范圍已經(jīng)接近200V即4Vd，進(jìn)一步驗證了其輸出電壓的豐富多變。此時Z源網(wǎng)絡(luò)電容電壓如圖4.12D1對比圖4.6、4.9、4.12，在占空比D1=D2=0.5時，Z源網(wǎng)絡(luò)電容電壓已經(jīng)接近直流側(cè)電源電壓。隨著占空比提高，電容電壓也會逐步提高。D1此外，占空比D1=D2=0.7圖4.13D1=D2可見MOSFET管的漏源電壓已經(jīng)達(dá)到200V，在實物電路元件選擇時需要考慮MOSFET管的最大漏源電壓VDSM必須大于200V，考慮到安全裕量，V4.1.7仿真結(jié)論以下結(jié)論可由MATLAB仿真結(jié)果得出：（1）Z源半橋逆變器的輸出電壓在當(dāng)D1=D2=（2）Z源半橋逆變器的總輸出電壓范圍在D1>0.5，以上兩點表明了Z源半橋逆變器的仿真結(jié)果與理論計算十分相似，驗證了前文對Z源半橋逆變器工作原理與理論計算的正確性。此外還根據(jù)三種占空比的Z源網(wǎng)絡(luò)電容電壓驗證了Z源半橋逆變器的缺點：由于Z源逆變器的特性，Z源網(wǎng)絡(luò)需要選擇耐壓值較高的電容作為組成元件，電容體積將會相應(yīng)增大，元件成本也會變高。4.3本章小結(jié)本章闡述了Z源網(wǎng)絡(luò)中電容與電感參數(shù)設(shè)計的必要性，緊接著推導(dǎo)出參數(shù)設(shè)計的相關(guān)公式。然后用MATLAB搭建了Z源半橋逆變器與傳統(tǒng)電流型半橋逆變器的電路模型，根據(jù)實際情況設(shè)定了相關(guān)參數(shù)進(jìn)行仿真實驗，兩個模型實驗證明出Z源逆變器理論分析的正確性。實物樣機(jī)設(shè)計與結(jié)果5.1實物電路設(shè)計圖5.1.1波形發(fā)生電路波形發(fā)生電路的任務(wù)是根據(jù)要求輸送出兩路占空比可調(diào)的方波信號。電路采用SG3525作為主要芯片，其引腳功能與內(nèi)部電路圖如圖5.1所示：圖5.1SG3525芯片引腳及內(nèi)部電路圖這些是SG3525的所有引腳功能：INTA-：誤差放大器的反相輸入端。INTA+：誤差放大器的同相輸入端。SYNC：用于振蕩器外接同步信號輸入端的外部同步信號。OSCOUTPUT：同步脈沖輸出端，用于多個芯片同步工作頻率。CT：振蕩器定時電阻輸入端，控制充電時間。RT：振蕩器定時電阻接入端，控制充電時間。DISCHARGE：振蕩器放電端，控制放電時間。SOFTSTART：軟啟動控制端。COMP：PWM比較器補(bǔ)償信號輸入端，用于構(gòu)成不同類型調(diào)節(jié)器。SHUTDOWN：外部關(guān)斷信號輸入端，用于控制輸出禁止和故障保護(hù)。OUTPUTA：輸出端A驅(qū)動。GND：芯片的功率地端與信號地端。VC：輸出級偏置電壓接入端。OUTPUTB：輸出端B驅(qū)動。VCC：電源輸入端，供內(nèi)部邏輯和模擬電路的工作電源。Vref：基準(zhǔn)電壓輸出端。芯片SG3525擁有以下特點：（1）其主要功能包括振蕩器、誤差放大器、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、PWM比較器、欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路，可適用于各種開關(guān)電源與斬波器的控制。（2）其PWM波頻可調(diào)節(jié)，PWM波的輸出頻率可用調(diào)節(jié)RT和CT的方法來調(diào)節(jié)，頻率的計算公式如下：（3）芯片本身具有脈沖信號封鎖的功能，在引腳（10號）上高于2.5V時可以讓芯片停止脈沖輸出，以免電路因過流、過壓等原因發(fā)生故障，燒壞元件。波形發(fā)生電路如圖5.2所示，根據(jù)原理分析，單個芯片本身只能輸出兩路相差半個周期的互補(bǔ)PWM波，考慮到死區(qū)時間，占空比只能在0—49%調(diào)節(jié)。因此將芯片的11腳和14腳串聯(lián)后接地，將兩路輸出并作一路，從13號引腳輸出波形，達(dá)到擴(kuò)充占空比的效果，理論可以擴(kuò)充為0—98%。電路可以通過調(diào)節(jié)6號引腳上的電阻來改變頻率，調(diào)節(jié)2號引腳上的電阻以調(diào)節(jié)引腳分壓，以此來改變占空比。兩路SG3525的3、4引腳可視情況相連以同步工作頻率。圖5.2波形發(fā)生電路設(shè)計圖5.1.2驅(qū)動電路無法直接驅(qū)動MOSFET的導(dǎo)通關(guān)斷的原因是由于波形發(fā)生電路的輸出電流較小，所以進(jìn)一步放大輸出電壓需要設(shè)計驅(qū)動電路。電路使用IR2110芯片作為核心芯片，其芯片內(nèi)部電路如圖5.3所示：圖5.3IR2110芯片內(nèi)部電路圖Z源的特色就在于直通狀態(tài)下。在直通狀態(tài)下，上下MOS管需要同時導(dǎo)通，但是下橋MOS管導(dǎo)通時，上橋MOS管S極電位為12V，與G級電位相同，無法導(dǎo)通。故在IR2110中加入自舉電容與二極管拉高上路MOS管電位，保證電路正常運行。驅(qū)動電路如圖5.4所示:圖5.4驅(qū)動電路設(shè)計圖將來自波形發(fā)生電路的其中一路頻率相同的PWM信號輸入CD4069反相器中，得到其反向波形，實現(xiàn)與延后信號周期相似的效果，實物實驗時需要調(diào)高占空比時，對應(yīng)的信號需要調(diào)低占空比，Z源工作循環(huán)會有變化，但不會影響正常運行。圖5.5為Multisim軟件下建立的驅(qū)動電路模型，圖5.6為D1=0圖5.5驅(qū)動電路模型圖圖5.6驅(qū)動電路輸出波形圖（D1=05.1.3主電路主電路即為Z源半橋逆變器的電路，電路如圖5.7所示。MOSFET管選用了IRFP450，其能耐受最大500V的漏源電壓，滿足實驗需要，50V電壓由指導(dǎo)老師提供的DP832A線性直流電源提供。通過排針從驅(qū)動電路引入方波波形進(jìn)行驅(qū)動，負(fù)載的輸出電壓也通過排針引出進(jìn)行測量與實驗。參數(shù)選擇：xc%=1%，xL%=1%，Vd=50V，Iload=10A，T=20μs圖5.7主電路設(shè)計圖結(jié)論Z源逆變器是一種融合了傳統(tǒng)逆變器的優(yōu)點，并引入了Z源網(wǎng)絡(luò)的電力電子設(shè)備。這個裝置的確具有許多特點和優(yōu)勢。首先，適用于多種類型的輸入電源，如蓄電池、燃料電池堆和光伏陣列輸出等這都來自于他輸入直流電源的多樣性。這種主電路結(jié)構(gòu)的靈活性使Z源逆變器能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場景和需求。其次，Z源逆變器解決了傳統(tǒng)電流源逆變器只能升壓而不能降壓的局限性，具有電壓升降功能。通過允許上下橋臂同時關(guān)斷并利用開路功能實現(xiàn)直流側(cè)的升電流功能，Z源逆變器實現(xiàn)了單級升降壓變換功能，提高了效率。Z源逆變器還具有較高的工作安全性。由于逆變器橋臂允許直通和開路，電磁干擾所造成的功率開關(guān)管誤導(dǎo)通或誤關(guān)斷不會對功率變換器造成損壞。此外，Z源逆變器的輸出波形沒有畸變。研究者們提出準(zhǔn)Z源逆變器和提升升壓能力的改進(jìn)型Z源逆變器來改善Z源逆變器的性能。準(zhǔn)Z源逆變器采用非對稱結(jié)構(gòu)解決了電流不連續(xù)和電容電壓應(yīng)力大的問題，而改進(jìn)型Z源逆變器在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了一個有源開關(guān)和電感，以提高升壓能力。這些改進(jìn)措施有助于進(jìn)一步提高Z源逆變器的性能和應(yīng)用范圍，增加了其在分布式能源系統(tǒng)等領(lǐng)域的實際應(yīng)用價值?？偟膩碚f，Z源逆變器具有廣泛的應(yīng)用前景和潛力，不僅繼承了傳統(tǒng)逆變器的優(yōu)點，還通過引入Z源網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了更多功能和性能提升。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，Z源逆變器將在可再生能源發(fā)電、電動汽車、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用。參考文獻(xiàn)[1]湯雨,謝少軍,張超華.改進(jìn)型Z源逆變器[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2009,(第30期)[2]陳江輝,謝運祥,陳兵.逆變電路的控制技術(shù)與策略[J].電氣應(yīng)用,2006,25(9):102-106[3]Z-sourcehalfbridgeconverterwithsinglelcnetwork[J].InternationalJournalofLatest TrendsinEngineeringandTechnology,2016,7(2):328-332.[4]GuidongZhang,ZhongLi,BoZhang,DongyuanQiu,WenxunXiao,WolfgangA.Halang.AZ-Source Half-BridgeConverter[J].IEEE Transactions on IndustrialElectronics,2014,61(3):1269-1277.[5]彭偉杰.Z源型光伏并網(wǎng)逆變器的研究[D].燕山大學(xué),2012:6-9.[6]賀金徽,黃玉水,張志林.基于MATLAB的Z源半橋變換器設(shè)計[J].科技廣 場,2014(09):96-99.DOI:10.13838/ki.k