雙向DC-DC變換器技術(shù)，特別是DAB（雙有源橋）電路，自十年前便吸引了業(yè)界的廣泛關(guān)注。盡管其原理清晰明了，但受限于早期的應(yīng)用需求，其推廣并未廣泛展開。
然而，隨著新能源領(lǐng)域的蓬勃興起，DAB電路再次成為焦點，并逐漸發(fā)展成為研究的重要方向。在這一進程中，電子變壓器作為DAB電路的核心組件，發(fā)揮了重要的作用。
磁專委委員、浙江大學王正仕副教授
01.電子變壓器在DAB電路中的作用
DAB電路由兩個通過電子變壓器磁耦合的全橋變換器（即H橋）構(gòu)成。這些H橋電路通過電子變壓器實現(xiàn)電氣隔離和能量傳遞。功率器件能精確控制兩個H橋中的開關(guān)狀態(tài)，實現(xiàn)對電路的有效調(diào)控，而電子變壓器則在這一過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。
在電氣隔離方面，DAB電路中的電子變壓器不僅確保了兩個直流電壓源之間的安全隔離，還通過調(diào)整其變比關(guān)系，可以靈活地調(diào)整輸出電壓，從而使電路能夠適應(yīng)更寬的輸入和輸出電壓范圍，提高了系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。
在能量傳遞過程中，當H橋中的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化時，電子變壓器中的磁場能量也會相應(yīng)變化，從而實現(xiàn)能量的傳遞。電子變壓器的性能直接影響能量傳遞的效率和穩(wěn)定性，以及系統(tǒng)的整體性能，因此，其選擇和設(shè)計至關(guān)重要。
02.DAB電路面臨的挑戰(zhàn)與解決方案
如圖1這種復雜的裝置，其核心就是電力電子學中的一個簡單開關(guān)。
圖1
該電路的工作控制可以通過調(diào)節(jié)兩個方波的移相角來實現(xiàn)對電流或功率的控制。然而，在實際應(yīng)用中，該電路可能會面臨效率降低或電流過大的問題。特別是在兩側(cè)電壓不匹配的情況下，電路中可能會出現(xiàn)能量循環(huán)，導致電流過大，進而影響電路的穩(wěn)定性和效率。
為了解決這個問題，工程師對電路進行了改進，引入了多重移相技術(shù)。通過在H橋的一相中增加移相電子變壓器，不僅可以實現(xiàn)左右兩側(cè)的移相，還可以實現(xiàn)左側(cè)或右側(cè)內(nèi)部的移相。這種電子變壓器多重移相技術(shù)有效地減小了電流的有效值和峰值，從而提高了電路的效率。
03.DAB電路的優(yōu)勢與劣勢
DAB電路以其獨特的雙向能量傳遞能力和廣泛的電壓適應(yīng)范圍，在新能源領(lǐng)域展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。
隨著新能源汽車、光伏和儲能等行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對DC-DC變換器的需求日益多樣化，DAB電路憑借其雙向傳遞能量、寬電壓范圍適應(yīng)性以及簡潔的控制策略，迅速在這些領(lǐng)域找到了廣泛的應(yīng)用空間。
這一趨勢不僅推動了新能源技術(shù)的革新，還促進了電子變壓器產(chǎn)品技術(shù)的進一步發(fā)展，包括新型磁性材料的研發(fā)、電子變壓器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及電子變壓器產(chǎn)品制造工藝的改進。
然而，DAB電路也面臨著一些挑戰(zhàn)。由于它通常使用MOS管作為開關(guān)器件，當電路出現(xiàn)反向恢復現(xiàn)象時，MOS管可能無法正常工作，這會影響電路的穩(wěn)定性和可靠性。
此外，雖然DAB電路在電感與電子變壓器電流的多段整型方面展現(xiàn)出新的應(yīng)用潛力，但其效率相較于某些其他電路（如LLC）仍有待提高。特別是在電壓不匹配的情況下，DAB電路可能會出現(xiàn)電流過大、關(guān)斷損耗增加以及無功循環(huán)增大等問題，這些都需要通過技術(shù)創(chuàng)新來加以解決。
展望未來，隨著新能源領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展與DAB技術(shù)的持續(xù)精進，電子變壓器行業(yè)正迎來前所未有的創(chuàng)新浪潮與發(fā)展契機。我們相信，未來的電子變壓器產(chǎn)品將實現(xiàn)更高效能、更高可靠性，成為新能源領(lǐng)域高效運行與可持續(xù)進步不可或缺的基石。DAB電路也將充分利用其獨特的優(yōu)勢，成為新能源領(lǐng)域創(chuàng)新與迭代的重要推手。
文章整理自中國電源學會磁技術(shù)專業(yè)委員會委員、浙江大學王正仕副教授，在第11屆功率變換器磁性元件聯(lián)合學術(shù)年會的演講——《新能源雙向變換器(PCS)和工作模式》 |
