Zソースインバータ

Zソースインバータは、直流を交流に変換する回路であるパワーインバータの一種です。この回路は、そのトポロジーにより、DC-DCコンバータブリッジを使用せずにバックブーストインバータとして機能します。

インピーダンス（Z）電源ネットワークは、電源と負荷の間でDCからDC、DCからAC、ACからACへの電力変換を効率的に行います。^{[ 1 ] [ 2 ]}

2002 年以降、改良や新しい Z ソース トポロジーの数は急速に増加しています。最近では、より短い貫通時間でさらに高い電圧昇圧を実現するために、結合磁気を導入してインピーダンス ネットワークを改良することも提案されています。^{[ 3 ]}これらには、Γ ソース、T ソース、トランス Z ソース、TZ ソース、2 つの DC 電流阻止コンデンサと直列に接続された高周波トランスを使用する LCCT Z ソース、^{[ 4 ]}高周波トランス絶縁、および Y ソース ネットワークが含まれます。^{[ 5 ]}これらのうち、Y ソース ネットワークは汎用性が高く、Γ ソース、T ソース、およびトランス Z ソース ネットワークが派生する汎用ネットワークと見なすことができます。^{[ 3 ]}このネットワークの非整合特性は、幅広い電力変換アプリケーションのために回路を探索、拡張、および変更するための新しい地平を研究者やエンジニアに開きます。

インバータは構造によって分類できます^{[ 6 ]}

• 単相インバータ：このタイプのインバータは、2つの脚または2つの極で構成されています。（極とは、2つのスイッチの接続点であり、一方の電源と他方のドレインが接続され、この共通点が取り出されます。）
• 三相インバータ：このタイプのインバータは、3つの脚または極、あるいは4つの脚（相用の3つの脚と中性線用の1つの脚）で構成されています。

インバータは、入力電源の種類に基づいて以下のように分類される。

• 電圧源インバータ（VSI）：このタイプのインバータでは、定電圧源がインバータブリッジへの入力として機能します。定電圧源は、直流電源に大容量のコンデンサを接続することによって得られます。
• 電流源インバータ（CSI）：このタイプのインバータでは、定電流源がインバータブリッジへの入力として機能します。定電流源は、直流電源に大型インダクタを直列に接続することによって得られます。

通常、三相インバータには 8 つのベクトル状態 (6 つのアクティブ状態と 2 つのゼロ状態) があります。シュートスルー状態と呼ばれる追加の状態があり、この状態では、一方のレッグのスイッチが短絡されます。この状態では、インピーダンスネットワークにエネルギーが蓄積され、インバータがアクティブ状態になると、蓄積されたエネルギーが負荷に伝達され、昇圧動作が実現されます。このシュートスルー状態は VSI では禁止されています。^{[ 7 ]}

ZSIでバックブースト機能を実現するには、パルス幅変調が必要です。通常の正弦波パルス幅変調（SPWM）は、搬送波三角波と基準正弦波を比較することによって生成されます。シュートスルーパルスの場合、搬送波は2つの相補的なDC基準レベルと比較されます。これらのパルスはSPWMに追加されます。ZSIには2つの制御自由度があります。1つは基準波の変調指数で、これは基準波の振幅と搬送波の振幅の比です。もう1つはシュートスルーデューティ比で、これはDCレベルによって制御できます。^{[ 7 ]}

Zソースインバータの利点は次のとおりです。^{[ 8 ] [ 9 ]}

• 電源は電圧源または電流源のいずれかである。ZSIの直流電源としては、バッテリー、ダイオード整流器、サイリスタコンバータ、燃料電池スタック、またはこれらの組み合わせを用いることができる。
• ZSIの主回路は、従来のVSIまたは従来のCSIのいずれかを用いることができる。
• 昇降圧インバーターとして機能します。
• ZSCの負荷は誘導性負荷、容量性負荷、または別のZソースネットワークであってもよい。

一般的なインバータ（VSIおよびCSI）には欠点がほとんどありません。^{[ 10 ] [ 11 ]}

• これらは昇圧または降圧動作のみで動作します。したがって、得られる出力電圧範囲は入力電圧よりも小さいか大きいかのどちらかになります。
• これらの機器は電磁干渉を受けやすく、開回路状態または短絡状態のいずれにおいても損傷を受ける。
• DC-DC昇圧コンバータとインバータを組み合わせたシステムは、信頼性が低い。
• VSIとCSIの主スイッチング素子は互換性がありません。

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