改进型Dual-Buck逆变器

ZHOU Liwei1， WEI Ran2， ZHOU Ke2， GAO Feng1
Improved Dual-Buck Inverter
problems will threaten the reliability of the system， such as the shoot through issue and the failure of reverse recovery. The Dual-Buck inverters can solve the above problems without adding dead time， but the low utilization of the inductance increases the volume and weight of the system. Firstly reviewed the traditional Dual-Buck topologies and a single inductor Dual-Buake full use of the inductance. Then a method to improve the reliability reliability and can make full use of the inductance. Also， compared to the single inductor Dual-Buck inverter，the verify the theoretical analysis. Key words: Dual-Buck inverter； dead-time protection； reverse recovery of the MOSFET inverters was proposed. The novel method maintained the Dual-Buck inverterᶄs advantage of high novel method could achieve lower conducting loss and simpler controlling strategy. Finally，the experimental results
作者简介： 周力为 （1992-） ， 男， 硕士研究生， Email： 18769785783@
周力为， 等： 改进型 Dual-Buck 逆变器
电气传动 2016 年 第 46 卷 第 11 期
比于传统电路增加了 2 个开关， 在续流状态下电 流流经 4 个开关， 因此导通损耗会有所增加， 不利 于整体效率的提升。 本文提出一种改善逆变器可靠性的方法， 尤 其是针对基于 MOSFET 的逆变器电路。提出的 方法分为 2 种电路结构， 分别为无缓冲电感的 Dual-Buck 桥 臂 和 带 缓 冲 电 感 的 Dual-Buck 桥 臂。将上述 2 种桥臂结构应用于全桥逆变器中所 构成的新型电路拓扑具有以下优势： 1） 保持了传统 Dual-Buck 电路的高可靠性， 在不加死区的情况下无直通危险； 2） 新型电路能够大幅提高 Dual-Buck 结构的 电感利用率； 3） 提出的电路相比于文献 ［5］ 中的结构节省 了 2 个开关， 从而具有更低的导通损耗和更为简 单的控制策略。仿真和实验验证了理论分析的 可行性。
摘要： 在逆变系统中， 电路运行的可靠性是拓扑设计需要考虑的主要指标之一。在电路工作过程中， 例如 直通或者反向恢复过慢等问题会直接影响一个电路工作的可靠性。Dual-Buck 逆变器能够在不加死区保护的 情况下解决以上的问题。但是较低的电感利用率使得整个系统的体积和重量增大。首先总结了几种传统的 Dual-Buck 电路拓扑以及一种单电感结构的 Dual-Buck 逆变器。然后提出了能够改善基于 MOSFET 逆变器可 靠性的方法。新型的方法在保留传统 Dual-Buck 逆变器高可靠性的基础上解决了电感利用率低的问题， 而且 相比于之前的单电感 Dual-Buck 逆变器损耗更小， 控制复杂度更低， 具有较为实际的应用价值。最后， 仿真和 实验结果验证了理论分析的正确性。 关键词： Dual-Buck 逆变器； 死区保护； 反向恢复 中图分类号： TM464 文献标识码： A DOI： 10.19457/j.1001-2095.20161105
Abstract: In an inversion system， high reliability is one of the main targets to design the topology. Some
随着新能源发电技术的迅速发展， 逆变电路 运行的可靠性受到越来越广泛的关注。然而， 直 通问题对电路的可靠性来说是主要威胁。传统 的解决电路直通危险的方法是增加死区。然而， 死区会导致输出电流波形的畸变， 而且， 在死区 时间内， 电流可能会流经开关的体二极管从而导 致反向恢复失败 。 为了解决上述问题， Dual-Buck 逆变器是一 种能够改善电路可靠性的拓扑。通过并联 2 组单 20
电气传动 2016 年 第 46 卷 第 11 期
ELECTRIC DRIVE 2016 Vol.46 No.11
改进型 Dual-Buck 逆变器
周力为 1， 魏然 2， 周科 2， 高峰 1 （1. 山东大学 电气工程学院， 山东 济南 250061； 2. 国网山东省电力公司 济宁供电公司， 山东 济宁 272129）
［1］
相 Buck 电路， Dual-Buck 逆变器能够避免直通的 危险， 而且续流电流会流经独立的二极管， 从而 解决 MOSFET 体二极管的反向恢复问题。然而， Dual-Buck 逆变器的主要缺点是电感利用率较 低， 在每个工作模式下只有一半的电感得到利 用， 增加了系统的成本和体积［2-4］。 为了改善 Dual-Buck 拓扑的电感利用率， 文 献 ［5］ 提出了一种基于单电感的 Dual-Buck 逆变 器。此电路能够对电感进行充分利用。但是相
（1. School of Electrical Engineering， Shandong University， Jinan 250061， Shandong， China； 2. State Grid Shandong Electric Power Company， Jining Power Supply Company， Jining 272129， Shandong， China）