三电感双Buck 逆变器
图11为三电感双Buck逆变器阻性满载实验波形,图中:Uout为输出电压;ubus为母线电压;iLac为交流滤波电感电流;iLdc2为直流滤波电感。由图11可知,Ldc2电流在正半周期内存在谐振电流,交流滤波电感Lac则正负半周交替运行,输出波形良好,THD为0.8%。
图12为三电感双Buck逆变器电感电流在一个开关周期的实验波形,图中:uGS为S1管驱动信号;iLdc2为直流滤波电感Ldc2的电流;iLdc1为直流滤波电感Ldc1的电流。由图12可知,iLdc2在S1导通期间会出现连续和断续两种工作状态。S1关断期间,iLdc2反向减小为零之后会出现一段谐振的波形,这是由于电感Ldc2与开关管和二极管的寄生电容谐振造成的。
由于无法直接测量附加损耗,因此在开关管ds两端并接电容来间接测量TIDBI的附加损耗,从而说明理论分析与实验结果是一致的。图13给出了TIDBI的效率曲线、开关管ds并0.47nF电容后TIDBI的效率曲线和使用耦合电感后的TIDBI效率曲线,图中:Po为输出功率;为逆变器的效率。由图13可以看出以下几点:
1)并电容后,逆变器损耗增加了4W左右。由图7可知,当直流滤波电感为30H时,附加损耗之差为4.8W,实验结果与理论分析一致。说明功率器件的寄生电容和直流滤波电感的谐振会引起附加损耗。
2)耦合两直流滤波电感后,直流滤波电感由30H变为了60H,理论上损耗会减少2W。由图13可知,TIDBI耦合后的效率比没有耦合时的效率上升了0.2%左右,说明耦合直流电感不仅能减小滤波器的体积和重量,而且还能减小逆变器的附加损耗,从而提高逆变器的效率。
3)该逆变器具有较高的效率,满载时效率达到98.3%左右。
4结论
本文研究了一种三电感双Buck逆变器,通过分裂出一只交流滤波电感,并将2个直流滤波电感耦合,将滤波电感的体积和重量分别减小为传统DBI的27.8%和34%。详细分析了该逆变器的工作原理,通过附加损耗的计算给出了三电感双Buck逆变器滤波器的设计方法,并以1kW三电感双Buck逆变器为例进行实验验证。与传统双Buck逆变器相比,该逆变器交流滤波电感Lac正负半周期交替运行提高了滤波电感磁芯的利用率,有效地减小了三电感双Buck逆变器的体积重量。两个耦合直流滤波电感进一步提高磁性元件的利用率,同时还减小逆变器的附加损耗,从而提高三电感DBI的效率。并且稳态工作时没有环流,大大提高了逆变器的可靠性。该逆变器工作过程中存在功率器件寄生电容和直流滤波电感的谐振过程,会产生额外损耗,因此要合理考虑直流滤波电感的选取,以平衡附加损耗和逆变器的功率密度,一般限制附加损耗在额定功率的0.1%以内。