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拓扑与电路 DAB ★ 5.0

通过最优开关序列提升DAB变换器轻载效率

Light Load Efficiency Improvement of DAB Converters With Optimal Switching Sequences

作者 Ziheng Xiao · Muxuan Xiao · Zhixing He · Liang Wang · Zongjian Li · Hongliang Wang
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年12月
技术分类 拓扑与电路
技术标签 DAB
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 双有源桥变换器 轻载效率 最优开关序列 功率损耗最小化 调制模式
语言:

中文摘要

本文介绍了一种通过采用最优开关序列使功率损耗最小化来提高双有源桥变换器轻载效率的方法。利用全面的功率损耗计算方法确定了各种运行条件下的峰值效率点。采用了单移相调制和梯形电流调制模式,并通过迭代算法确定了在各种运行条件下给定电感电流峰值时,第一个、重复的和最后的开关脉冲的最优开关序列。所提出的控制方法的综合状态机图展示了连续模式和突发模式的无缝集成,以提高效率。一台1千瓦样机的实验波形、效率曲线和功率损耗分解图表明,所提出的方法明显优于连续运行模式以及传统和先进的突发模式,将轻载效率从低于60%提高到了高于85%。

English Abstract

This article introduces a method to enhance the light load efficiency of dual active bridge converters through power loss minimization via optimal switching sequences. Peak efficiency points for various operational conditions are identified using a comprehensive power loss calculation approach. Single phase shift modulation and trapezoidal current modulation modes are utilized, and an iterative algorithm determines the optimal switching sequence for the first, repeating, and final switching pulses under a given peak inductor current in various operating condition. The comprehensive state machine diagram of the proposed control method demonstrates seamless integration of both continuous and burst modes for efficiency improvement. Experimental waveforms, efficiency curves, and power loss breakdown diagrams from a 1 kW prototype demonstrate that the proposed method significantly outperforms continuous operation mode, as well as conventional and advanced burst modes, increasing light load efficiency from below 60% to above 85%.
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SunView 深度解读

从阳光电源储能系统和光伏逆变器产品线角度分析,该论文提出的DAB(双有源桥)变换器轻载效率优化技术具有显著的应用价值。DAB拓扑是我司储能变流器和直流变换模块的核心架构,而轻载效率问题长期制约着系统全生命周期的能量利用率,特别是在夜间或低辐照条件下的光储系统运行场景。

该技术通过最优开关序列设计,将轻载效率从60%以下提升至85%以上,这一突破对我司产品竞争力提升意义重大。在储能系统待机和涓流充电工况下,该技术可显著降低自耗电,直接提升系统全年综合效率指标。对于户用储能产品,这意味着更低的待机损耗和更优的用户经济性;对于工商业储能,则可改善调频等高频次轻载工况的能效表现。

技术成熟度方面,论文已完成1kW原型验证,并建立了完整的状态机控制框架,整合了连续模式和突发模式的无缝切换。这种模块化设计便于工程化实施。然而,向我司典型的50kW-250kW功率等级扩展时,需要重点关注:多模块并联时的同步控制策略、高功率下的电磁兼容性、以及动态负载切换时的瞬态响应特性。

建议将该技术优先应用于下一代户用储能逆变器和模块化PCS产品的DC-DC环节。结合我司在SiC功率器件应用方面的技术积累,有望形成差异化的高效宽负载解决方案,特别是在欧洲和澳洲等对待机能耗有严格标准的市场,可转化为显著的商业优势。