Z源逆变器技术综述

Z源逆变器技术综述

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（1国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心天津市300304；2国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心天津市300304；3中国能源建设集团电子商务有限公司天津市300162）

摘要：Z源逆变器可以实现升降压变换，而且同一桥臂可以发生桥臂直通现象，具有较高的可靠性。本文通过检索、统计、分析了Z源逆变器领域的技术分布状况，同时梳理了其中关键技术的重点专利申请。

关键词：Z源逆变器重点专利

一、前言

传统的逆变器可分为电压型逆变器和电流型逆变器，其只能实现降压或升压输出，同时桥臂上下开关管不能同时导通。而Z源逆变器具有独特的阻抗网络结构，可利用桥臂直通现象实现对直流输入电压的升降压，即Z源逆变器是升降压型逆变器，能有效克服传统逆变器的不足¬¬【1-2】。本文从技术分布现状进行分析，同时梳理其中关键技术的重点专利申请，为以后提高审查效率奠定基础。

二、专利申请技术分布现状

针对Z源逆变器，作者在中英文专利库中对世界范围内的专利申请进行了检索。对该领域的专利申请的技术分布进行统计分析。从技术分布来看，涉及Z源逆变器的技术主要致力于新型拓扑的研究，占申请量的71%，这是Z源逆变器研究的热点，同时也会涉及一些控制方法和应用的研究。

三、重点专利

1、Z源逆变器拓扑

公开号为CN101267168A的专利公开了一种改进型Z源逆变器的拓扑结构，特点是三相逆变桥的正端直接连接于直流电压源的正极，三相逆变桥的负端连于Z源网络。本Z源逆变器中Z源网络的电容电压应力小，并且能够实现变换器的软启动，能够避免传统Z源逆变器启动时的电压和电流大的问题；公开号为CN102223095A的专利公开了一种高增益Z源逆变器，特点是由开关电感支路代替单一电感。本Z源逆变器能够提高逆变器的升压能力，实现高调制因子，提高整个逆变器的输出质量；公开号为CN103117650A的专利公开了一种准Z源逆变器，该Z源逆变器可实现直流侧电压的任意比例的升降压，比一般的阻抗网络型逆变器具有更高的升降压倍数，在系统启动时不会对电解电容造成冲击，可以实现软启动特性；公开号为WO2014206696A1的专利公开了一种改进型Z源逆变器，该拓扑结构采用非对称结构，通过调整电感的位置，使其与直流电源串联，从而使Z源逆变器的输入电流连续；公开号为CN104578882A的专利公开了一种电压型Tran-z-source微型逆变器，通过改变耦合电感的匝数比和逆变桥的短路模态占空比来调节逆变母线的电压增益，在获取电压大增益的情况下，输入电流的纹波较小，电容电压应力低；公开号为CN105186909A的专利公开了一种增强型Z源逆变器，Z源阻抗网络电路串联于Boost输入级电路与桥式逆变器之间；本发明能够提高升压比，有效地解决启动冲击问题，并能保证输入电流连续以提高直流电压的利用率。

上述Z源逆变器从拓扑结构入手改善了性能，其可靠性更强，具有更好的研究前景。

2、Z源逆变器控制方法

在控制方式上，应用最多的为简单的开环控制，但随着Z源逆变器的推广，控制方法的研究也在逐步深入。

公开号为CN101710797A的专利公开了一种Z源型并网逆变器的电流预测无差拍控制方法，它克服了现有的控制方法存在采样延迟的缺陷；公开号为CN101867312A的专利公开了用于Z源逆变器的双正弦PWM控制方法，该方法不仅确保了每个开关周期Ts内直通时间的恒定，维持了Z源网络输出直流电压的恒定，而且将开关管的导通关断次数减小一倍，从而克使逆变器的开关损耗明显减少，克服了开关频率的限制，减小了输出波形的畸变；公开号为CN102882361A的专利公开了一种用PWM消除Z源AC/AC变换器中谐波的方法，仅需简单的低通滤波采样和前馈开环控制，显著降低了系统对控制器带宽的要求，具有较强的稳定性及可靠性，并可提高对交流系统侧突发谐波畸变的适应能力；公开号为US2009001923A1的专利公开了一种用于以连续电流模式运行Z源变换器的方法，能以连续电流模式运行Z源变换器中的电感器，从而对正DC链路的电压进行控制，同时避免变换器中的电容器储存过量电压；公开号为JP2011142738A的专利公开了一种Z源逆变器的控制方法，通过采集Z源网络中电容电压和流过电感的电流，形成电压外环电流内环的控制方法，该方法硬件实现简单，可有效提高Z源逆变器的运行稳定性和效率。

3、Z源逆变器应用

随着Z源逆变器的逐步发展，其应用领域也在逐步加宽。

公开号为CN104734551A的专利公开了一种隔离型Z源逆变器，所述隔离型Z源逆变器，将Z源逆变器的应用场合拓展到隔离场合，扩大了其应用范围；公开号为CN201499003U的专利公开了一种基于Z源的风光互补发电装置，其中的逆变器采用由Z源电路构成的Z源网络升压；公开号为CN104110778A的专利公开了一种基于Z源变换器的变频空调系统，利用Z源逆变器的上下桥臂开关管出现直通的现象，提高工作安全性，减小了压缩机转矩波动和降低了压缩机噪音，工作稳定性和可靠性高；公开号为JP2008048534A、US2010085787A1以及KR1522414B的专利都公开了将Z源逆变器应用于机车的电机驱动，提高机车的可靠性。

四、总结

本文对Z源逆变器进行了专利技术的分析，加强了审查员对Z源逆变器现有技术的掌握，通过重点专利的梳理，使审查员在面对相关专利时能够迅速获取现有技术，有助于理解发明。并且通过上述的分析，可知，涉及Z源逆变器改进拓扑和控制方法的专利大多出现在高校申请中，而涉及Z源逆变器的应用的专利大多出现在公司的申请中，因此，可以有针对性的进行检索，提高检索效率和审查质量。

参考文献：

[1]《Z源逆变器及其多种改进拓扑结构的比较》，徐聪等，电网技术，2014，38（10）.

[2]《Z源逆变器拓扑分析与对比》，汤雨，新型工业化，2013，3（6）.