Z 源逆变器

1 Z 源逆变器的提出背景
    能源是经济发展的基础，没有能源工业的发展就没有现代文明。随着世界能源短缺和环境
污染问题的日益严重，能源和环境成为二十一世纪人类所面临的重大基本问题，清洁的可
再生能源的发展和应用越来越受到世界各国的广泛关注。

DC/AC 变流电路，即逆变电路，

能够实现直流电能到交流电能的转换。在已有的电能生产方式中，化学能电池和太阳能电池
都属于直流电源，当需要由这些电源向交流负载供电时，就必须要经过

DC/AC 变换。此外，

还有公共电网和各种独立电源，由这些电源向交流负载供电是最普遍的方式，但随着生产
的发展，有相当一部分的用电负载对供电质量有特殊要求，上述电源难于直接向这些负载
供电。为满足这些要求，也需要

DC/AC 变换。直接将太阳电池或化学电池等直流电能转换为

负载所需要的交流电能称为直接变换。而采用

AC-DC 一 AC 结构的多级转换系统中的逆变

转换称为间接变换。

 

    根据直流侧滤波器的形式，传统的逆变电路可以分为电压源和电流源两类。电压源逆变器
输入直流电压而输出交流电压，根据应用场合的不同，输出电压的幅值和频率可以恒定或
变化。其电路结构如图

1 所示。而电流源逆变器则是需要输入一个恒定的电源，其电路结构

如图

2 所示。

图

1 电压源逆变器电路结构

图

2 电流源逆变器电路结构

    电压源逆变器和电流源逆变器存在下述共同的缺点。
    (1) 它们或是升压型，或是降压型变换器，而不可能是升/降压型变换器。也就是说，它们
可得到的输出电压范围是有限的，或低于、或高于输入电压，如果需要较宽的输入电压范围，
需要额外附加一级

DC/DC 变流器，影响效率的提高。

    (2) 它们抗电磁干扰的能力较差，当由于电磁干扰导致桥臂短路或者开路时，容易造成变
流器损坏，影响它们的可靠性。
    (3) 针对不同性质的负载，其主电路不同，当负载性质发生变化时，主电路必须跟着变化。
    虽然说传统的电压源和电流源逆变器存在缺点，但是基于传统的电压源和电流源逆变器
的电力传动系统又应用非常普遍。因此，研究一种拓扑简单、效率高、可靠性高的逆变器来取
代传统的逆变器将会产生很大的经济和社会效益。

 

  2 Z 源逆变器的拓扑结构及工作原理
    Z 源逆变器是 2002 年美国密西根州立大学的彭方正教授提出的一种新型逆变器。它为功
率变换提供了一种新的思路和理论，可以克服传统电压源和电流源逆变器的不足之处。

Z 源

逆变器引进了一个包含电感

L1、L2 和电容器 C1、C2 的二端口网络接成 X 形的 Z 源网络，将

逆变器主电路与电源耦合。图

3 所示的是 Z 源功率逆变器的一般拓扑结构。

图

3 Z 源逆变器的一般拓扑