三电感双Buck 逆变器
0引言
在分布式电源系统、UPS、航空二次电源和电动汽车等领域，逆变器发挥着重要的作用[1-6]。其中桥式逆变器被广泛应用在这些领域。然而桥式逆变器开关管的寄生二极管的反向恢复电流大，导致很大的开关损耗，限制了开关频率的提高[7-10]。此外，桥式逆变器还存在桥臂直通的问题，大大降低了逆变器的可靠性。
为了提高逆变器的可靠性，主要有以下两类方法：1）采用反向恢复电荷小的开关器件来减小桥式逆变器续流二极管的反向恢复损耗[11-12]。文献[11]将Fairchild公司新推出的UniFETII系列的MOSFET应用于HID灯驱动器，显著降低了反向恢复损耗，但这种器件的通态电阻是同规格普通MOSFET的1.5~2倍，导通损耗大。上述方案降低了续流二极管的反向恢复损耗大，减小了反向恢复过程引起的电磁干扰带来的桥臂直通的可能性，但仍存在方案复杂或损耗大、工作频率未显著提高的问题；2）采用没有直通问题的逆变器，如Z源逆变器[13-16]和双Buck逆变器[17-19]。由于Z源逆变器电感大、控制复杂以及功率密度和转换效率低，在功率密度和变换效率要求高的机载应用场合，目前仍未见应用。如图1所示，双Buck逆变器的桥臂是开关管与二极管串联的结构，反向恢复过程短，电磁干扰小；且两个开关管S1、S2之间有较大的电感，因此不存在桥臂直通的问题，可靠性高。但DBI的两只滤波电感均仅工作半周期，磁性元件利用率低，逆变器整体的体积、重量较大。
为了减小DBI滤波电感体积重量，采用直接耦合的方案。直接耦合分为同名端相连耦合和异名端相连耦合两种结构。由于同名端相连耦合的两电感解耦后的等效电感非常小，其与功率器件的寄生容产生谐振电流非常大，将会带来严重的损耗。而异名端相连耦合方案稳态工作时，由于输出滤波电容的作用，输出电压电流会有相位差，在输出电流过零点附近存在环流，严重影响逆变器的可靠性和效率(具体分析见后文)。