[發明專利]一種三電感雙Buck逆變器

有效

• 申請號: 201210337750.9
• 申請日: 2012-09-05
• 公開（公告）號: CN103107720A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 張方華;王旭東;肖旭
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明公布了一種三電感雙Buck逆變器，屬電力電子變換器。

背景技術

隨著能源危機的日益加劇，太陽能、風能、燃料電池等新能源受到越來越多的關注。如何將這些能源變換為可利用的交直流電是當前研究的熱點；分布式發電系統被廣泛應用于這樣的場合，分布式系統通常需要采用DC/DC+DC/AC的兩級式結構：前級DC/DC完成逆變器輸入輸出電壓匹配及電氣隔離；后級DC/AC完成直交轉換并給終端負載供電。而逆變器作為系統的重要組成部分，直接決定著輸出電能質量；高可靠性、高功率密度和高效率是衡量逆變器性能的重要指標。傳統雙Buck逆變器由于具有無橋臂直通、可靠性高、輸出波形質量好、效率高等優點被廣泛應用于高可靠性場合；但是由于需要兩個獨立的輸出濾波電感且每個電感僅工作半個周期，磁性元件利用率低，系統體積重量大，影響了雙Buck逆變器的應用。

目前，針對雙Buck逆變器磁性元件利用率低的缺點主要的解決方法有如下幾種：

(1)共用磁芯直接耦合方案。這種方法是通過直接將兩個電感繞組耦合到一個磁芯上。根據同名端連接不同，又分為兩種耦合方式。這種方案的優點是電感耦合比較簡單；但是由于兩個電感存在耦合關系，在其中一個繞組上施加電壓時會在另一個繞組上產生一個根據匝比關系對應的電壓。由于實際繞制的電感不可能保證兩個繞組對應的電感值完全對稱，會在電路產生不可預測的環流。而且環流對應的回路中阻抗很小，很小的電壓差即可產生很大的環流電流。環流的存在將嚴重影響電路工作的可靠性和整機效率。

(2)雙磁芯四繞組方案。將每個電感繞組平均分繞在兩個磁芯上，每個電感的感值為原電感的一半，將其中一個電感繞組同名端相連，另一個電感則異名端相連。假設兩個磁芯任何時候參數都相等(理想情況)，則在匝數相等的條件下，兩個電感可以實現完全解耦，即在一個電感上施加電壓，另一個電感上感應的電壓值為零。但是，實際上兩個磁芯的工作狀態不可能保證完全相同，如兩個磁芯本身參數(磁導率等)就不可能完全相等，導致一個電感的兩半繞組電壓不同，在非工作的一路電感上感應有電壓，導致存在環流的可能。且磁導率等磁芯參數隨著溫度等環境條件影響較大，故難以保證非工作電感感應電壓為零。因此也存在方案(1)所述的環流。

(3)共用磁芯完全解耦磁集成方案。這種方案針對EE型磁芯，把傳統雙Buck逆變器的電感L1繞在中柱上，電感L2則均分成兩部分，分別繞在磁芯的兩個側柱上。在其中一個電感上施加電壓工作時，另外一個電感由于磁通抵消不會產生感應電壓，因此兩者都不會相互影響，是完全解耦的。但事實上該方案并沒有減小雙Buck逆變器所需的電感值，雖然提高了磁芯的使用率但是所需的磁芯的型號將會增大，因此并不能真正的減小電感的體積和重量。

發明內容

本發明的目的在于，針對傳統雙Buck逆變器濾波電感體積重量大的缺點，提出了一種三電感雙Buck逆變器，在不降低逆變器效率的基礎上，有效的減小了雙Buck逆變器的電感值，提高了磁性元件利用率，實現了高功率密度。

實現上述目的的三電感雙Buck逆變器由兩個開關管，兩個二極管，兩個直流濾波電感，一個交流濾波電感，兩個輸入電容，一個輸出濾波電容組成。該變換器由開關管S₁、二極管D₁依次串聯構成第一橋臂，由二極管D₂、開關管S₂依次串聯構成第二橋臂；直流濾波電感L_dc1、L_dc2跨接在兩橋臂中點間，L_dc1、L_dc2公共端接交流濾波電感L_ac，L_ac另一端接濾波電容C_f及負載R。其特征在于：

將傳統雙Buck逆變器的兩個獨立電感變換為兩個直流濾波電感L_dc1、L_dc2利一個交流濾波電感L_ac來替代。提高了雙Buck逆變器電感的利用率，減小了總的電感值。

本發明提出的三電感雙Buck逆變器有如下優點：

1)保留了傳統雙Buck逆變器的優點；

2)三電感雙Buck逆變器的電感值小，提高了磁性元件利用率，減輕了系統的體積重量，降低了系統的成本；

附圖說明

圖1為本發明的三電感雙Buck逆變器實施示意圖。

圖2為傳統雙Buck逆變器的實施示意圖。

圖3為本發明的三電感雙Buck逆變器工作模態示意圖。