双向直流直流转换器.pptVIP

電力電子研究室 Southern Taiwan University of Technology Department of Electrical Engineering 南台科技大學─電力電子研究室 * * 摘要 本文提出一種雙向全橋式零電壓-零電流直流/直流轉換器，此系統為輸出非調整型之轉換器，電路操作上可分為二種模式：降壓/充電模式與昇壓/放電模式，此轉換器主要應用於直流電壓端（或負載）與蓄電池之間且具有能量雙向傳輸的功能。 轉換器一次側及二次側皆使用全橋式轉換器架構，為了使轉換器整體效率提高，主開關達到零電壓切換(ZVS)及零電流切換(ZCS)，此架構可應用於電池充放電系統、不斷電系統（UPS）、分散式電源供應系統等。 * * 燃料電池系統 下圖所示為燃料電池系統方塊圖，其中包含了燃料電池、升壓型轉換器、負載、電池以及雙向直流/直流轉換器。當系統啟動或負載加重的瞬間，由於燃料電池內的化學反應不及，此時可由蓄電池經由雙向直流/直流轉換器以補足負載所需的能量。而當蓄電池所儲存的能量過低時，系統也可利用燃料電池所釋出的能量，藉由雙向直流/直流轉換器對蓄電池充電，使蓄電池時時維持在理想的狀態下。 * * 雙向直流/直流轉換器 直流/直流轉換器一般僅能做單一方向的能量傳遞，若需將能量回送，如不斷電系統，則需多一組直流/直流轉換器來配合，但是多一組電源轉換器，則元件數量、電路體積將會增加。為了使直流/直流轉換器應用於雙向能量傳送之場合，常利用雙向直流/直流轉換器來達成。雙向直流/直流轉換器的基本原理是將電路中僅能單方向導通之開關元件，並聯另一方向之主動開關或被動開關，以提供另一方向的功率傳輸路徑。以下將雙向直流/直流轉換器分為兩類，分別為： （1）非隔離型雙向直流/直流轉換器 （2）雙向隔離型直流/直流轉換器 雙向直流/直流轉換器-非隔離型雙向直流/直流轉換器 ? 雙向半橋直流/直流轉換器 ? 昇壓型轉換器 (L1, S1, DS2) ? 電池放電 ? 降壓型轉換器 (S2, DS1, L1) ? 電池充電 ? 優點 ? 架構簡單 ? 缺點 ? 操作於昇壓轉換器時，效率不佳 雙向直流/直流轉換器-雙向隔離型直流/直流轉換器 ?全橋/推挽式雙向直流/直流轉換器 ? 全橋式轉換器 + 推挽式同步整流器 ? 放電模式 ? 電流饋入推挽式轉換器 +全橋式同步整流器 ? 充電模式 ? 優點 ? 高功率的應用 ? 電氣隔離 ? 缺點 ? 較多的元件數 * * 雙向直流/直流轉換器-雙向隔離型直流/直流轉換器分類 一次側 二次側 效率 特性 推挽式 半橋式 放電模式： 90％ 充電模式： 87％ ●低功率 ●較少的元件數 全橋式 全橋式 放電模式： 94％ 充電模式： 95％ ●充電模式： ZVZCS 同步整流 ●放電模式： 主動箝位 ●中/高功率 推挽式 順向式 放電模式： 80％ ●中功率 * * 結論 四個主開關在零電流及零電壓情況下切換，並利用四個同步整流器，使切換損失降低，因此系統整體效率提高 轉換器電路利用共振的方式使轉換器效率提高 轉換器之柔性切換操作係利用變壓器的雜散元件漏感，與一共振電容，作開關切換時能量上之轉換，故不須額外的增加共振電感元件，即可以達成轉換器功率開關元件之柔性切換 * * * 電力電子研究室 Southern Taiwan University of Technology Department of Electrical Engineering 南台科技大學─電力電子研究室 * * *