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一种可扩展的无变压器双向直流-直流变换器,具有高电压增益和零电流纹波
An Extendable Transformer-Less Bidirectional DC–DC Converter With High Voltage Gain and Zero-Current Ripple
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 DC-DC变换器 DAB |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 双向直流-直流转换器 宽电压转换比 零电流纹波单元 可扩展模块 实验平台 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种基于带开关电容和零电流纹波单元的二次型电路的新型可扩展非隔离双向直流 - 直流变换器。首先,所提出的双向直流 - 直流变换器通过将二次型电路与开关电容单元相结合,实现了宽电压转换比,并降低了半导体器件上的电压应力。其次,当变换器的开关频率远高于系统的谐振频率时,零电流纹波单元能够高效抑制电流纹波。此外,通过嵌入n个可扩展模块,推导出了一族可扩展的双向直流 - 直流变换器,从而提高了变换器的电压传输比。采用同步整流调制策略详细分析了该变换器在升压和降压模式下的工作原理和稳态特性。最后,搭建了一个200 W的实验平台,验证了理论分析的正确性。
English Abstract
In this article, a novel extendable nonisolated bidirectional dc–dc converter based on a quadratic circuit with a switched-capacitor and a zero-current ripple cell is proposed. First, the proposed bidirectional dc–dc converter achieves a wide voltage conversion ratio and low voltage stress on semiconductor devices by combining the quadratic circuit with a switched-capacitor cell. Second, when the switching frequency of the converter is much higher than the resonant frequency of the system, the zero-current ripple cell exhibits a highly effective suppression of current ripple. Furthermore, a family of expandable bidirectional dc–dc converters is derived by embedding n extendable modules, thereby improving the voltage transfer ratio of the converter. The working principle and steady-state characteristics under boost and buck modes are analyzed in detail with the synchronous rectifier modulation strategy. Finally, a 200 W experimental platform is established to verify the infallibility of the theoretical analysis.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项无变压器双向DC-DC变换器技术在储能系统和光伏应用领域具有显著的战略价值。
该技术通过二次型电路与开关电容单元的结合,实现了宽范围电压转换比和低器件电压应力,这对我司储能变流器(PCS)产品线具有直接意义。在大型储能电站中,电池侧电压(通常200-900V)与直流母线电压(1000-1500V)之间需要高效的双向功率转换,该技术的高电压增益特性可简化系统拓扑,降低多级变换带来的效率损耗。零电流纹波单元的创新设计能有效抑制电池侧电流波动,这对延长电池寿命、提升储能系统整体经济性至关重要,符合我司"安全、高效、长寿命"的产品理念。
可扩展模块化设计为不同电压等级的应用场景提供了灵活性。在户用储能和工商业储能领域,该技术可根据电池配置灵活调整电压转换比,减少产品平台开发成本。同步整流调制策略的应用也与我司在数字控制技术上的积累高度契合。
然而技术成熟度方面存在考量:200W实验平台与工业级应用(数十至数百千瓦)存在显著差距,功率器件的损耗特性、电磁兼容性、热管理在大功率场景下需要深入验证。开关电容单元在高功率密度应用中的可靠性、谐振参数对环境温度的敏感性也是工程化的关键挑战。
建议将此技术纳入预研跟踪,重点评估在户用储能(5-20kW)和便携式储能产品中的应用潜力,同步开展大功率扩展性和长期可靠性验证,为下一代储能变流器技术储备提供支撑。