基于Z源网络的双向DC/AC变换器研究

论文摘要

基于Z源网络的逆变器是一种新型的逆变器,是近年来才出现的一直全新的拓扑结构,由于其独特拓扑结构,使其具有传统逆变器所没有的诸多优点：输入既可以选择电压源又可以选择电流源；开关管可以直通而不会被损坏；无需插入死区时间,从而了减少输出谐波；允许逆变电路根据需要来选择升压和降压,等等。但一般的Z源逆变器有一个缺点：参数选择不当时会出现电流断续这种非正常工作状态。而基于Z源网络的双向DC/AC变换器允许能量双向流动很好的解决了这个问题,提高了系统的稳定性。本文对基于Z源网络的双向DC/AC变换器进行了研究与设计。首先介绍了传统逆变器的一些缺陷与不足,从而引出了Z源逆变器的概念,并介绍了Z源逆变器的优点、发展现状及应用领域,详细分析了Z源逆变器一般拓扑结构的工作原理,分析了Z源逆变器电流断续的非正常工作状态,并给出解决方法。在此基础上,分析了基于Z源网络的双向逆变器的工作模式。然后,在了解Z源逆变器的工作原理的基础上分析了Z源逆变器的两种控制方式,并着重介绍了Z源双向逆变器的直通分段SVPWM的控制方法,并且给出了整个系统在MATLAB/SIMULINK下的仿真模型及仿真结果；并分别对基于Z源网络的双向逆变器的软硬件进行了设计。在硬件设计中分别对主功率电路和控制电路进行了设计,详细的给出了Z源网络的电容和电感的设计方法,并对各个器件进行了选型,给出了部分电路的电路图；对于软件方面,重点介绍了Z源逆变器的SVPWM控制波形的生成方法,同时给出了部分软件的流程图。最后,文章给出了系统闭环时的仿真模型与仿真结果,仿真结果证明了本设计的优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 传统DC/AC变换器及其局限性
• 1.1.1 传统电压型逆变器
• 1.1.2 传统电流型逆变器
• 1.2 Z源逆变器的提出及研究现状
• 1.3 本课题的目的和意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 Z源逆变器的工作原理
• 2.1 Z源逆变器拓扑
• 2.2 Z源逆变器的工作原理
• 2.3 Z源逆变器的断续电流模式
• 2.4 Z源双向逆变器
• 2.5 本章小结
• 第3章 Z源双向逆变器的控制策略及仿真
• 3.1 Z源逆变器直通方式
• 3.1.1 单相桥臂直通方式
• 3.1.2 两相桥臂直通方式
• 3.1.3 三相桥臂直通方式
• 3.2 Z源双向逆变器的SPWM控制技术
• 3.2.1 SPWM控制技术基本原理
• 3.2.2 简单升压控制
• 3.2.3 最大化的升压控制
• 3.2.4 恒占空比最大化的升压控制
• 3.3 Z源双向逆变器的SVPWM调制技术
• 3.3.1 SVPWM基本原理
• 3.3.2 简单SVPWM控制技术
• 3.3.3 直通状态分段SVPWM控制技术
• 3.4 本章小结
• 第4章 Z源网络双向DC/AC变换器的硬件系统设计
• 4.1 主电路的设计
• 4.1.1 Z源网络的设计
• 4.1.2 逆变电路设计
• 7参数设计'>4.1.3 开关管Q₇参数设计
• 4.1.4 保护电路设计
• 4.1.5 采样电路设计
• 7驱动电路设计'>4.1.6 开关管Q₇驱动电路设计
• 4.2 控制电路设计
• 4.2.1 控制芯片的选择
• 4.2.2 时钟电路及JTAG接口电路
• 4.2.3 复位电路
• 4.2.4 存储器扩展电路
• 4.2.5 SCI通讯接口设计
• 4.3 供电电源电路设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 Z源网络双向DC/AC变换器的软件设计
• 5.1 软件的总体设计方案
• 5.2 主程序设计
• 5.3 初始化子程序
• 5.4 定时器T1中断子程序
• 5.5 故障中断服务程序
• 5.6 Z源SVPWM控制信号生成程序
• 5.7 直通零矢量生成程序
• 5.8 PI调节器程序
• 5.9 本章小结
• 第6章 系统仿真结果与分析
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢