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基于无源浪涌吸收器的双向固态断路器在低压应用中的研究
Bidirectional Solid State Circuit Breaker with Passive Surge Absorber for LV Applications
| 作者 | Mehdi Moradian · Rasool Peykarporsan · Tek Tjing Lie · Kosala Gunawardane |
| 期刊 | IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 微电网 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 双向无源技术 固态断路器 直流微电网 快速切断 保护 |
语言:
中文摘要
本研究提出一种基于RCD模型的新型低压固态断路器拓扑结构——双向无源技术(BPT)。该技术通过仅在主开关中使用有源器件,实现了快速切换、显著抑制主开关两端的电压尖峰并降低电路复杂度。文章详细阐述了其工作原理、运行模式及设计方法,并给出了关键的时间区间、电压和电流计算公式。MATLAB仿真与实验验证表明,该方案可在40 μs内完成快速分断,有效保护负载及直流微电网系统。所提模型面向未来网络架构项目中的48 V低压系统,额定阈值电流为10 A,展现出BPT在直流微电网保护中的高效性。
English Abstract
This research introduces the Bidirectional Passive Technique (BPT), a novel topology for low-voltage solid-state circuit breakers (SSCBs) that is based on the RCD model. BPT achieves fast switching, minimizes surge voltage across the main switch, and reduces circuit complexity by limiting active components to the primary switch. The study details the working principles, operating modes, and design procedure, supported by key equations for time intervals, voltages, and currents. Validation through MATLAB simulations and practical tests demonstrates rapid interruption within 40 μsec, ensuring effective protection for loads and DC microgrid (DC-MG) systems. The proposed model targets low-voltage systems (48 V) with a 10 A threshold current for the Future Architecture of Network Project, demonstrating the high effectiveness of the BPT in DC microgrid protection..
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SunView 深度解读
该双向固态断路器技术对阳光电源储能及微电网产品具有重要应用价值。在PowerTitan储能系统和ST系列储能变流器中,BPT拓扑可替代传统机械断路器,实现40μs级快速故障隔离,有效保护电池簇和功率模块免受短路冲击。其无源浪涌吸收设计可显著降低SiC/GaN器件的电压应力,提升系统可靠性。该技术特别适用于48V低压直流母线架构的分布式储能系统和充电桩直流侧保护,可与iSolarCloud平台联动实现智能故障诊断。RCD无源钳位方案简化电路设计,降低辅助电源需求,为阳光电源开发高可靠、低成本的直流配电保护方案提供创新思路,可应用于ESS集成方案的模块化保护单元设计。