[发明专利]一种三电感双Buck逆变器

说明书

技术领域

本发明公布了一种三电感双Buck逆变器，属电力电子变换器。

背景技术

随着能源危机的日益加剧，太阳能、风能、燃料电池等新能源受到越来越多的关注。如何将这些能源变换为可利用的交直流电是当前研究的热点；分布式发电系统被广泛应用于这样的场合，分布式系统通常需要采用DC/DC+DC/AC的两级式结构：前级DC/DC完成逆变器输入输出电压匹配及电气隔离；后级DC/AC完成直交转换并给终端负载供电。而逆变器作为系统的重要组成部分，直接决定着输出电能质量；高可靠性、高功率密度和高效率是衡量逆变器性能的重要指标。传统双Buck逆变器由于具有无桥臂直通、可靠性高、输出波形质量好、效率高等优点被广泛应用于高可靠性场合；但是由于需要两个独立的输出滤波电感且每个电感仅工作半个周期，磁性元件利用率低，系统体积重量大，影响了双Buck逆变器的应用。

目前，针对双Buck逆变器磁性元件利用率低的缺点主要的解决方法有如下几种：

(1)共用磁芯直接耦合方案。这种方法是通过直接将两个电感绕组耦合到一个磁芯上。根据同名端连接不同，又分为两种耦合方式。这种方案的优点是电感耦合比较简单；但是由于两个电感存在耦合关系，在其中一个绕组上施加电压时会在另一个绕组上产生一个根据匝比关系对应的电压。由于实际绕制的电感不可能保证两个绕组对应的电感值完全对称，会在电路产生不可预测的环流。而且环流对应的回路中阻抗很小，很小的电压差即可产生很大的环流电流。环流的存在将严重影响电路工作的可靠性和整机效率。

(2)双磁芯四绕组方案。将每个电感绕组平均分绕在两个磁芯上，每个电感的感值为原电感的一半，将其中一个电感绕组同名端相连，另一个电感则异名端相连。假设两个磁芯任何时候参数都相等(理想情况)，则在匝数相等的条件下，两个电感可以实现完全解耦，即在一个电感上施加电压，另一个电感上感应的电压值为零。但是，实际上两个磁芯的工作状态不可能保证完全相同，如两个磁芯本身参数(磁导率等)就不可能完全相等，导致一个电感的两半绕组电压不同，在非工作的一路电感上感应有电压，导致存在环流的可能。且磁导率等磁芯参数随着温度等环境条件影响较大，故难以保证非工作电感感应电压为零。因此也存在方案(1)所述的环流。

(3)共用磁芯完全解耦磁集成方案。这种方案针对EE型磁芯，把传统双Buck逆变器的电感L1绕在中柱上，电感L2则均分成两部分，分别绕在磁芯的两个侧柱上。在其中一个电感上施加电压工作时，另外一个电感由于磁通抵消不会产生感应电压，因此两者都不会相互影响，是完全解耦的。但事实上该方案并没有减小双Buck逆变器所需的电感值，虽然提高了磁芯的使用率但是所需的磁芯的型号将会增大，因此并不能真正的减小电感的体积和重量。

发明内容

本发明的目的在于，针对传统双Buck逆变器滤波电感体积重量大的缺点，提出了一种三电感双Buck逆变器，在不降低逆变器效率的基础上，有效的减小了双Buck逆变器的电感值，提高了磁性元件利用率，实现了高功率密度。

实现上述目的的三电感双Buck逆变器由两个开关管，两个二极管，两个直流滤波电感，一个交流滤波电感，两个输入电容，一个输出滤波电容组成。该变换器由开关管S₁、二极管D₁依次串联构成第一桥臂，由二极管D₂、开关管S₂依次串联构成第二桥臂；直流滤波电感L_dc1、L_dc2跨接在两桥臂中点间，L_dc1、L_dc2公共端接交流滤波电感L_ac，L_ac另一端接滤波电容C_f及负载R。其特征在于：

将传统双Buck逆变器的两个独立电感变换为两个直流滤波电感L_dc1、L_dc2利一个交流滤波电感L_ac来替代。提高了双Buck逆变器电感的利用率，减小了总的电感值。

本发明提出的三电感双Buck逆变器有如下优点：

1)保留了传统双Buck逆变器的优点；

2)三电感双Buck逆变器的电感值小，提高了磁性元件利用率，减轻了系统的体积重量，降低了系统的成本；

附图说明

图1为本发明的三电感双Buck逆变器实施示意图。

图2为传统双Buck逆变器的实施示意图。

图3为本发明的三电感双Buck逆变器工作模态示意图。