双主动桥隔离双向DC-DC变换器（五）硬件设计和优化

为了帮助自己和大家对双主动桥隔离双向DC-DC变换器有一个初步了解，将翻译一篇发表于IEEE on Power Electronics的高引用综述。无其他用途，仅学习交流用。

首先感谢原文作者给予的宝贵的学习机会。

原文名称：Overview of Dual-Active-Bridge Isolated Bidirectional DC–DC Converter for High-Frequency-Link Power-Conversion System https://ieeexplore.ieee.org/document/6658916

V 硬件设计和优化

硬件设计是DAB-IBDC的一个重要研究方向，它主要集中在参数、磁性元件（变压器和电感）、功率器件和硬件结构上的优化设计。

A 主要参数

文献[98]分析了用于汽车应用的低电压和大电流DAB-IBDC的功率损耗模型，并提出了一些设计建议，以实现高效率。在此基础上，文献[66]为现有的用于汽车应用的DAB-IBDC原型开发了一种效率优化的设计方法。设计过程指出，调制方案的优化是实现完全优化的第一步。变压器匝数比和辅助电感最优硬件参数的计算是第二步。文献[63]，[64]分析了采用DPS控制的DAB-IBDC的一般效率和电流-应力优化开关策略。所采用的方法对大电压转换比和轻负荷的运行条件特别有效。但基于数学模型的优化方法的精度可能受到限制。文献[99]提出了一种基于先进元件的DAB-IBDC参数优化方法，其中最优参数集中在辅助电感和开关频率上。通常，需要确定的DAB-IBDC的主要参数如下：输入和输出电压、额定功率、变压器匝数比、辅助电感（包括变压器泄漏I）和开关频率。

B 电磁元件

高频变压器是DAB-IBDC最关键的部件，直接影响其性能。文献[100]通过对变压器的近似集总参数建模和饱和行为的实验确定，分析了问题的性质，提出了一种简单的闭环控制算法，并对控制器参数进行了在线整定，提高了变压器的利用率。为了优化变压器的绕组配置，文献[101]提出了一种粒子群优化和差分进化的混合方法。

除上述优化外，变压器的结构优化也是一个研究方向。为了提高DAB-IBDC在轻载下的运行性能，文献[102]提出了一种具有双漏电感和变频的变压器。所提出的双漏电感变压器具有绕组结构，在低电流时产生高漏电感，在高电流时产生低漏电感。与文献[102]相似，在文献[103]中提出了一种自适应电感作为主要的能量传递元件。输出电流作为电感的偏置电流。因此，电感可以在输出功率上自动优化，以保持在轻负载下ZVS，并在重载情况下将导通损耗降到最低。

在文献[104]中，通过在二次绕组顶部放置由标准3F3铁氧体板制成的泄漏层来获得辅助电感，以增加功率密度。文献[105]使用两个C芯对之间插入薄绝缘层的独立绕组布局结构来获得辅助电感和高绝缘电压。事实上，如图 15所示。建议将辅助电感和变压器集成到一个模块中，以增加IBDC的功率密度和模块化。

通常，DAB-IBDC的高频变压器铁芯主要由铁氧体构成。但铁氧体具有低饱和磁通密度、磁导率和居里温度，导致磁性元件体积相对较大，温度性能差，运行状态不稳定。此外，大功率铁氧体的高生产难度提升了生产成本，并导致了高价格。先进的磁性材料近年来越来越受到人们的关注，铁基纳米晶软磁材料是最受关注的材料之一[99]。表 4显示了铁基纳米晶和铁氧体材料的粗略特性比较。与铁氧体相比，铁基纳米晶材料一般具有更高的饱和磁通密度、磁导率、居里温度和更低的铁损耗，因此具有更好的性能HFL PCs的发展前景。文献[106]讨论了普通纳米晶变压器的优化设计方法，其重点是核心尺寸优化和漏感调谐以降低损耗。

C 电力装置

为了提高效率和功率密度的性能，许多文献讨论了宽禁带（WBG）功率器件在DAB-IBDC中的应用。

在文献[107]中比较了基于Si和SiC JFET器件的开关系列型高压DAB-IBDCs。良好的材料特性，SiC-JFET和由此产生的高工作频率形成了一个紧凑和低损耗系统。文献[108]分析了基于增强模GaN-硅上晶体管的DAB-IBDC的性能。分析表明，GaN器件在一次桥上的性能优于Si器件，在二次桥上，GaN器件的性能与Si器件基本相同。在文献[109]中讨论了基于SiC器件的DAB-IBDC的高频设计考虑。样品器件为1200-V/20-A SiC MOSFET与CREE公司生产的10-AJBS二极管共包装。文献[110]分析了基于SiC-双扩散金属氧化物半导体（DMOS）和碳化硅-肖特基的DAB-IBDC的应用性能特点及基本设计程序由ROHM公司提供的势垒二极管样品。文献[111]对基于all-Si的和基于all-SiC 用于HFL PCS的电力装置DAB-IBDC进行了实验比较。在此基础上，文献[99]提出了基于高效率和高密度SiC的DAB-IBDC优化设计方法。分析表明，基于SiC的DAB-IBDC具有令人满意的性能，有望应用于下一代HFL PCS。

事实上，文献[112]调查了PWM变换器关键元件的最新材料开发，并将采用三类元件的风冷DAB-IBDC的功率密度进行比较，即最先进的组件、可用的先进组件和未来的组件。三个DAB-IBDCs中使用的主要成分列于表 5。根据文献[112]中的分析，具有未来组件的DAB-IBDC可以使现有先进组件的DAB-IBDC的功率密度加倍。此外，文献[30]中的损耗分析阐明，到2015年，具有成熟SiC功率器件的DAB-IBDC的效率可能达到99%。

事实上，在宽禁带半导体材料中，SiC和GaN已经从材料进入器件研究阶段。与GaN相比，SiC具有更高的热导率，容易形成单晶生产和价格较低，因此SiC功率器件在高温和大功率应用中具有更多的优势，这可能更有利于大功率DAB-IBDC的应用[99]。

近年来，在Si衬底上发展GaN正成为一种趋势，研究表明，在Si上生长的GaN异质结构在非常高压的应用中具有巨大的潜力，而一旦Si被应用于此衬底已被去除，Si衬底的去除可以与器件的封装集成，从而降低成本，提高性能[113]。

D 硬件结构

硬件结构对DAB-IBDC的功率密度有影响。到目前为止，DAB-IBDC原型机的冷却方法主要是风冷，硬件结构通常有三种：平板与集成、立体与集成、模块化与即插即用，例如文献[110]和[111]中的原型和文献[112]中的第一个原型是平面和集成结构，文献[112]中的第二和第三个原型和文献[55]中的原型是立体和集成结构，文献[99]和[103]中的原型是模块化和即插即用结构。图16提供了不同原型的照片。

事实上，平面结构与立体结构通常取决于特定的冷却条件，这也进一步关系到具体的应用情况。但与集成结构相比，模块化结构可以提供即插即用的能力和可能的高层容错能力。因此，建议采用模块化和即插即用结构，以提高DAB-IBDC的功率密度、灵活性和可靠性，适用于HFL PCS。

双主动桥隔离双向DC-DC变换器（五）硬件设计和优化相关推荐

双主动桥隔离双向DC-DC变换器（二）基本特性
为了帮助自己和大家对双主动桥隔离双向DC-DC变换器有一个初步了解,将翻译一篇发表于IEEE on Power Electronics的高引用综述.无其他用途,仅学习交流用. 首先感谢原文作者给予的宝 ...
双主动桥隔离双向DC-DC变换器（四）软开关解决方案和变体
为了帮助自己和大家对双主动桥隔离双向DC-DC变换器有一个初步了解,将翻译一篇发表于IEEE on Power Electronics的高引用综述.无其他用途,仅学习交流用. 首先感谢原文作者给予的宝 ...
双主动桥隔离双向DC-DC变换器（六）DAB-IBDC在HFLPCS中的应用
为了帮助自己和大家对双主动桥隔离双向DC-DC变换器有一个初步了解,将翻译一篇发表于IEEE on Power Electronics的高引用综述.无其他用途,仅学习交流用. 首先感谢原文作者给予的宝 ...
三相逆变器双pi控制器参数如何调节_Boost 变换器 PI参数设计举例
欢迎加入技术交流QQ群(2000人):电力电子技术与新能源 905723370 高可靠新能源行业顶尖自媒体在这里有电力电子.新能源干货.行业发展趋势分析.最新产品介绍.众多技术达人与您分享经验,欢迎 ...
非隔离双向DC DC变换器 buck-boost变换器仿真输入侧为直流电压源，输出侧接蓄电池
非隔离双向DC DC变换器 buck-boost变换器仿真输入侧为直流电压源,输出侧接蓄电池模型采用电压外环电流内环的双闭环控制方式正向运行时电压源给电池恒流恒压充电,反向运行时电池放电维持直流 ...
Simulink仿真：基于DC DC双向变换器的多电池主动均衡技术
Simulink仿真:基于DC DC双向变换器的多电池主动均衡技术关键词:锂电池:不一致性:模糊控制理论:DC DC双向主动均衡:荷电状态(SOC):均值-差值法参考文献:基于DC DC双向变换器 ...
双有源桥DC变换器单移相，双移相控制simulink仿真模型
双有源桥DC变换器单移相,双移相控制simulink仿真模型编号:7449646202122558P17696131442
半桥dcdc变换器matlab,450W多路DC/DC变换器设计方案
1 概述 450W多路DC/ DC 变换器是一种直流变换开关电源,其输入电压为直流27V ,电源输出分别为直流±20V 10A 和5V 10A 三种不同的类型,其中电源的输入与输出隔离,且输出电源的± ...
双回路隔离输出DC/DC高压电源模块
产品描述产品特点 ● 低成本小体积SIP 12Pin符合UL94V-0标准阻燃封装 ● 模块输入端与输出端6KVDC隔离,输出回路1与回路2之间6KV隔离 ● 2 : 1直流宽电压输入范围,隔离稳压 ...
储能系统下垂控制，蓄电池通过双向dc/dc变换器并联负载
储能系统下垂控制,蓄电池通过双向dc/dc变换器并联负载,变换器输出电流按虚拟电阻比例分配,并补偿有下垂系数带来的母线压降. 附文献. YID:6850669798604588就喜欢小男

双主动桥隔离双向DC-DC变换器（五）硬件设计和优化

双主动桥隔离双向DC-DC变换器（五）硬件设计和优化相关推荐

最新文章

热门文章