Хуваарилагдсан энерги хурдацтай хөгжихийн хэрээр нүүр амны энергийн нөөцийн системүүд нь энергийн ашиглалтын үр дүнтэй байдлыг сайжруулах, цахилгаан хангамжийн тогтвортой байдлыг дэмжихэд илүү их чухал болсон. Нүүр амны энергийн нөөцийн системийн төвийн бүрэлдэхүүн хэсэг болох хоёр чиглэлт DC-DC хувиргуур нь батарей, тор, эсвэл ачаалал хоорондын үр ашигтай, уян хатан хоёр чиглэлт энергийн урсгалыг хангахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Хоёр чиглэлт DC-DC хувиргуурын олон төрлийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дотроос өндөр гүйдэлтэй цахилгаан индуктор маш чухал үүрэг гүйцэтгэх бөгөөд тэдгээрийн ажиллагаа шууд хувиргуурын нийт үр дүнтэй ажиллагаа, тогтвортой байдал, найдвартай байдлыг шууд нөлөөлдөг.
1- Хоёр чиглэлт DC-DC хувиргуурын ажиллах зарчимын танилцуулга Нийлүүлэгч Эрчим хүчний хадгаламжийн систем
Хоёр чиглэлт DC-DC хувиргагч нь ялгаатай түвшний тогтмол гүйдлийн хооронд энерги дамжуулах боломжийг олгодог. Цэнэглэх горимд тэр нь торлоос эсвэл фотооволтайк (PV) эх үүсвэрээс ирэх өндөр хүчдэлийг баттерей цэнэглэхэд тохиромжтой доод хүчдэл болгон хувиргаж, энергийг хадгална. Цэнэгийг гаргах горимд баттерейн доод хүчдэлийг ачааллын шаардлагад нийцүүлэн өндөрт шилжүүлэх эсвэл тор руу буцаан дамжуулах боломжтой. Ердийн Buck-Boost төрлийн хоёр чиглэлт DC-DC хувиргагчийг жишээ болгон авч үзье. Buck буюу хүчдэл бууруулах горимд цахилгаан түлхүүр (MOSFET) асах үед оролтын цахилгаан эх үүсвэр индукторыг дайран ачаалалд хангамжийг хангах ба индукторын гүйдэл нэмэгдэж, энерги хадгална. Түлхүүр унтрах үед индукторын гүйдэл даашин ачаалал руу чөлөөт диод (эсвэл хамгийн сайн нэвтрүүлэгч) замаар урсаж, хадгалсан энергээ чөлөөлөх бөгөөд энэ нь түлхүүр унтарч байх үеийн турш ачаалалд тасралтгүй цахилгаан хангамжийг хангана. Boost буюу хүчдэл нэмэгдүүлэх горимд түлхүүр асах үед оролтын цахилгаан эх үүсвэр индукторыг цэнэглэж, энерги хадгална. Түлхүүр унтрах үед индуктор болон оролтын цахилгаан эх үүсвэр хамтран ажилладаг бөгөөд гаралтын хүчдэлийг нэмэгдүүлнэ.
Зураг 1. Орон суугааны энерги хадгалах системийн хэрэглээний сценарийн диаграмм
2- Цахилгаан ороомогтой элементүүдийн хоёр чиглэлт DC-DC хувиргааг дэхь үүрэг
Цахилгаан ороомогтой элементүүд нь энергийг хадгалах, дамжуулах үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд болох тул хоёр чиглэлт DC-DC хувиргаагчид маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Түлхүүрийг включ хийх үед ороомгийн гүйдэл постепенно нэмэгдэж, цахилгаан энерги нь соронзон энерги болон ороомогт хадгалагдана. Түлхүүрийг идэвхгүй болгоход ороомгийн гүйдэл буурч, соронзон энерги дахин цахилгаан энергид хувирч, хэлхээнд гүйдлийн үргэлжлэх байдлыг хангаж, хүчдэлийг нэмэгдүүлэх эсвэл бууруулах хувиргалтыг хийдэг. Хоёр чиглэлт DC-DC хувиргаагчийн цахилгаан ороомогтой элементүүд голдуу өндөр далайцтай гүйдэлтэй орчинд ажилладаг тул алдагдал ихтэй байдаг. Иймд ороомгийн DCR-ийг багасгаж, ажиллах давтамжийг нэмэгдүүлэх нь өндөр далайцтай гүйдлийн нөхцөлд алдагдлыг хянахад тусална.
3- Цахилгаан ороомогтой элементүүдийн хоёр чиглэлт DC-DC хувиргаагчид үзүүлэх нөлөө
3.1 Индукцлэлтийн утга
Индукцлэлтийн утга нь шууд хүчдэлийн хувиргалтын харьцаа, гүйдлийн далайц, хөрвүүрийн динамик хариуцийн хурдад нөлөөлдөг. Индукцлэлтийн утга их байх үед гүйдлийн далайц бага байдаг тул гаралтын хүчдэлийг илүү жигд болгох бөгөөд хөрвүүрийн ашигт ажиллагааны коэффициент болон тогтвортой байдлыг сайжруулахад дэмийлж чадна. Гэсэн хэдий ч ачаалал өөрчлөгдөх үед гаралтын хүчдэлийг хурдан тохируулах боломжгүй болохоор хөрвүүрийн динамик хариуцлагыг удаашруулж болзошгүй. Индукцлэлтийн утга хэт бага үед динамик хариуцлага хурдан боловч гүйдлийн далайц их байдаг тул цахилгаан хэрэгслийн алдагдал нэмэгдэж, хөрвүүрийн ашигт ажиллагааны коэффициент буурч, мөн хэлхээний хэлбэлзэл үүсгэж, системийн хэвийн ажиллагаанд сөргөөр нөлөөлж болзошгүй. Хэрэглээний загварчлалд хөрвүүрийн ажиллагааны горим, ачааллын онцлог болон гүйцэтгэлийн шаардлагыг комплексоор харгалзан индукцлэлтийн утгийг нарийвчлан сонгох шаардлагатай.
3.2 Ханасан гүйдэл
Индукторын дагуу гүйдэл хэт их үед зүрхний соронзон урсгалын нягт нь ханасны утганд хүрч, индуктор соронзон ханах төлөвт орж, индукцлэлтийн утга эрс буурна. Хоёр чиглэлт DC-DC хувиргаачид индукторын соронзон ханах нь гүйдлийг хянаж чадахгүй болох, далайц ихсэх, түвшин ихсэх, давхар гүйдлийн улмаас цахилгаан түлхүүрт төхөөрөмжүүдийг гэмтээхэд хүргэж, хувиргаачийн хэвийн ажиллагаанд маш их нөлөөлнө. Соронзон ханахаас сэргийлэхийн тулд хувиргаачийн хамгийн их ажиллагааны гүйдэл дор индуктор ханахгүйн тулд зүрхний материал, хэмжээсийг зөв төсөөлөх шаардлагатай. Мөн агаарын зайг нэмэх зэрэг аргуудыг ашиглан индукторын шугаман ажиллагааны мужийг өргөжүүлж, хувиргаачийн найдвартай байдлыг сайжруулах боломжтой. Codaca индукторын цахилгаан дамжуулах чадварыг сайжруулахын тулд патентчилсан томъёотой магнит порошкиг ашиглан өндөр гүйдэлтэй нунтаг магнит зүрхэвчин бүхий олон цуврал индукторыг өөрсдөө хөгжүүлж боловсруулсан.
3.3 Тогтмол гүйдлийн эсэргүүцэл (DCR)
Тогтмол гүйдлийн эсэргүүцэл гэдэг нь индукторын ороомогийн тогтмол гүйдлийн нөхцөл дэх дотоод эсэргүүцлийг хэлнэ. DCR бага байх тусам гүйдэл гүйх үед үүсэх чадлын алдагдал бага байдаг тул нийт үр дүнт чадварыг сайжруулдаг.
Сонгохдоо дамжуулалтын алдагдлыг бууруулах, хувиргаачийн үр дүнт чадварыг сайжруулахын тулд DCR багатай бүтээгдэхүүнийг эхлээд анхаарч үзэх хэрэгтэй.
3.4 Ажиллах давтамж
Хоёр чиглэлт DC-DC хувиргагчийн шилжилтийн давтамжийг нэмэгдүүлэх нь ороомог, конденсатор зэрэг пассив бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хэмжээг багасгаж, хувиргагчийн чадал нягтаршил болон динамик хариу урвалын хурдыг сайжруулдаг. Гэсэн хэдий ч ороомог өндөр давтамж дээр ажиллах үед паразит параметрийн нөлөөлөл ихэсдэг бөгөөд арьсны эффект, ойролцоох эффект нь ороомгийн алдагдлыг эрс нэмэгдүүлдэг. Ихэвчлэн хэрэглэдэг соронзон материалууд шаардлагад нийцэхгүй байх нь төвд үүсэх алдагдал, хэт халалт зэрэг асуудлыг илүү ихээр амьдралд оруулдаг. Тиймээс системийн тогтвортой ажиллагааг хангахын тулд өндөр давтамжийн хэрэглээнд зориулсан ороомгийн бүтээгдэхүүнийг сонгох нь маш чухал алхам юм.
3.5 Ажиллах температур
Орон сууцны энерги хадгалалтын системүүд нь нарийн орчинд ажилладаг тул цахилгаан ороомог нь гайхалтай физик шинж чанар болон орчны нөхцөлд дасан зохицох чадвартай байх шаардлагатай. Ороомгийн хэмжээ ба жин нь орон сууцны энерги хадгалалтын тоноглолын нягт зураглалын шаардлагыг хангасан байх ёстой. Өндөр температур, чийгшилт зэрэг хатуу нөхцөлд ороомог тогтвортой ажиллагааг хадгалж, зурвасын материал нь температур ба чийгшилтөөс хялбархан нөлөөлөгддөггүй байх, дулаан салгах чанартай, чийг, хөхрөлт, исэлдэлтийн эсрэг тэсвэртэй байх ёстой. Сонгохдоо өндөр температурт ажиллах, бага температур ба ТТ-ийн бууралттай ороомгуудыг, жишээ нь их гүйдэлтэй феррит зурваст бүтээгдэхүүнийг сонгох нь илүү сайн.
4- Орон сууцны энерги хадгалалтын хоёр чиглэлийн DC-DC хувиргагчид зориулсан Codaca-гийн шийдэл
Codaca нь хувийн орон сууцны хоёр чиглэлд тогтмол гүйдлийн хөрвүүрийн төхөөрөмжид зориулан тусгайлан тохируулсан олон төрлийн индукторын шийдлийг өөрсдийн судалгаа, шинэчлэлтийн ажиллагаагаар боловсруулан гаргасаар ирсэн бөгөөд энэ нь цагаан, бага нүүрстөрөгчийн хөгжлийг дэмжиж байна. CODACA нь өндөр гүйдэлтэй цахилгаан индукторын олон загварыг гаргаж, энэ хэрэглээнд тавигдах өндөр үзүүлэлт шаардлагатай индукторын цахилгааны шинж чанар, сав баглаа боодол, загварын олон талыг хангасан. Түүний дотор Codaca-гийн өөрсдийн боловсруулсан магнитун цагирагтай өндөр гүйдэлтэй цахилгаан индуктор нь ханасан гүйдлийн өндөр түвшин, бага алдагдал, өндөр хөрвүүлэлтийн үр дүнтэй, өндөр ажиллах температуртай бөгөөд хувийн орон сууцны хоёр чиглэлд тогтмол гүйдлийн хөрвүүрийн системд өндөр ажиллах гүйдэл, бага алдагдал, өндөр чадлын нягтрал шаардсан шаардлагыг хангана.
Зураг 2. Codaca-гийн өндөр гүйдэлтэй индуктор
Орон сууцны хоёр чиглэлийн тогтмол гүйдлийн хувиргааны үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болох цахилгаан ороомог нь энерги хадгалалт, хувиргалт болон гүйдлийн хэлбэлзлийг багасгахад өртөөшгүй үүрэг гүйцэтгэдэг. Тэдгээрийн ажиллагаа шууд хангамжийн үр ашиг, тогтвортой байдал, найдвартай байдлыг нөлөөлдөг. Орон сууцны энерги хадгалалтын технологийн тасралтгүй дэвшилтэй нийлж цахилгаан ороомгийн ажиллагааны шаардлага бүх л эрчимтэй сайжрах бөгөөд өндөр чадалтай нягтрал, өндөр давтамжийн ажиллагаа болон нэгтгэлт нь гол хөгжлийн чиг хандлагууд болон гарч ирж байна. Эдгээр сорилтуудад хариулан Кодака Электроникс компани магнит зүрхэцийн материал хөгжүүлэх, бүтцийн загварын үр дүнтэй болгох зэрэг салбарт гүнзгий судалгаа хийж цахилгаан ороомгийн үйл ажиллагааг тасралтгүй сайжруулж, орон сууцны хоёр чиглэлийн тогтмол гүйдлийн хувиргааны үйл ажиллагааны сайжруулалт, технологийн шинэчлэлд баталгаат дэмжлэг үзүүлж байна. Энэ нь хуваарилагдсан энергийн салбарт орон сууцны энерги хадгалалтын системийн өргөн хүрээ, илүү үр ашигтай хэрэглээг дэмжиж байна.
EN