Dengan perkembangan pesat tenaga teragih, sistem penyimpanan tenaga rumah semakin penting dalam meningkatkan kecekapan penggunaan tenaga dan menambah baik kestabilan bekalan kuasa. Sebagai komponen utama sistem penyimpanan tenaga rumah, penukar DC-DC dwi-arah memainkan peranan penting dalam mencapai aliran tenaga dwi-arah yang cekap dan fleksibel antara bateri, grid, atau beban. Antara pelbagai komponen penukar DC-DC dwi-arah, induktor kuasa arus tinggi memainkan peranan yang sangat penting, dan prestasinya secara langsung mempengaruhi kecekapan keseluruhan, kestabilan, dan kebolehpercayaan penukar tersebut.
1- Gambaran Prinsip Operasi Penukar DC-DC Dwi-Arah dalam Rumah Sistem Penyimpanan Tenaga
Penukar DC-DC dwi-arah boleh memindahkan tenaga antara aras voltan DC yang berbeza. Dalam mod pengecasan, mereka menukar voltan lebih tinggi daripada grid atau sumber fotovoltaik kepada voltan lebih rendah yang sesuai untuk pengecasan bateri bagi menyimpan tenaga. Dalam mod nyahcas, mereka menaikkan voltan bateri yang lebih rendah kepada voltan lebih tinggi yang memenuhi keperluan beban atau boleh disuap balik ke grid. Mengambil penukar DC-DC dwi-arah jenis Buck-Boost yang biasa sebagai contoh, dalam mod Buck pengurangan voltan, apabila suis kuasa (MOSFET) dihidupkan, bekalan kuasa input membekalkan kuasa kepada beban menerusi induktor, meningkatkan arus induktor dan menyimpan tenaga. Apabila suis dimatikan, arus induktor terus mengalir kepada beban menerusi diod bebas (atau rektifier segerak), melepaskan tenaga tersimpannya, seterusnya mencapai bekalan kuasa berterusan kepada beban semasa tempoh suis dimatikan. Dalam mod Boost penaikkan voltan, apabila suis dihidupkan, bekalan kuasa input mengecas induktor, yang menyimpan tenaga. Apabila suis dimatikan, induktor dan bekalan kuasa input bekerja bersama untuk meningkatkan voltan output.
Rajah 1. Gambaran senario aplikasi penyimpanan tenaga domestik
2- Peranan Induktor Kuasa dalam Penukar DC-DC Dwiarah
Induktor kuasa memainkan peranan penting dalam penukar DC-DC dwiarah sebagai komponen utama untuk penyimpanan dan pemindahan tenaga. Semasa fasa pensuisan hidup, arus induktor secara beransur-ansur meningkat, dan tenaga elektrik disimpan dalam induktor sebagai tenaga magnet. Apabila suis dimatikan, arus induktor berkurang, dan tenaga magnet ditukar kembali kepada tenaga elektrik, memastikan kesinambungan arus dalam litar serta mencapai penukaran voltan naik atau turun. Memandangkan induktor kuasa dalam penukar DC-DC dwiarah terutamanya beroperasi dalam persekitaran arus riak tinggi, yang mengakibatkan kehilangan yang ketara, pengurangan DCR pada induktor dan peningkatan frekuensi operasi boleh membantu mengawal kehilangan ini di bawah keadaan arus riak tinggi.
3- Kesan Induktor Kuasa terhadap Penukar DC-DC Dwiarah
3.1 Nilai Induktans
Nilai induktans secara langsung mempengaruhi nisbah penukaran voltan, riak arus, dan kelajuan sambutan dinamik penukar. Apabila nilai induktans besar, riak arus adalah kecil, yang boleh menjadikan voltan output lebih licin, memberi manfaat kepada peningkatan kecekapan dan kestabilan penukar. Walau bagaimanapun, ini mungkin menyebabkan sambutan dinamik penukar menjadi perlahan, sehingga tidak dapat menyesuaikan voltan output dengan cepat apabila beban berubah. Apabila nilai induktans terlalu kecil, walaupun sambutan dinamik adalah pantas, riak arus menjadi besar, meningkatkan kehilangan peranti kuasa dan mengurangkan kecekapan penukar, dan bahkan boleh menyebabkan osilasi litar, menjejaskan operasi normal sistem. Dalam rekabentuk praktikal, perlu untuk mempertimbangkan secara menyeluruh mod pengendalian penukar, ciri-ciri beban, dan keperluan prestasi bagi memilih nilai induktans dengan tepat.
3.2 Arus Saturasi
Apabila arus yang melalui induktor terlalu besar, ketumpatan fluks magnet teras mencapai nilai saturasi, menyebabkan induktor memasuki keadaan saturasi magnetik dan nilai induktans merosot dengan tajam. Dalam penukar DC-DC dwi-arah, saturasi magnetik pada induktor boleh menyebabkan arus menjadi tidak terkawal, peningkatan rintangan yang ketara, serta kerosakan pada peranti pensuisan kuasa akibat arus lebih, yang secara serius menjejaskan operasi normal penukar tersebut. Untuk mengelakkan saturasi magnetik, adalah perlu untuk merekabentuk bahan dan saiz teras secara munasabah bagi memastikan induktor tidak mengalami saturasi di bawah arus operasi maksimum penukar. Pada masa yang sama, kaedah seperti menambah ruang udara boleh digunakan untuk melebarkan julat operasi linear induktor dan meningkatkan kebolehpercayaan penukar. Codaca telah membangunkan secara bebas beberapa siri induktor teras serbuk magnet arus tinggi, menggunakan teras serbuk magnet yang diformulasikan secara paten untuk meningkatkan ciri kejenuhan induktor.
3.3 Rintangan Arus Terus (DCR)
Rintangan DC merujuk kepada rintangan dalaman gegelung induktor di bawah keadaan DC. Semakin rendah DCR, semakin kurang kehilangan kuasa yang dihasilkan apabila arus mengalir, seterusnya meningkatkan kecekapan keseluruhan.
Semasa pemilihan, utamakan produk dengan ciri DCR rendah untuk mengurangkan kehilangan konduksi dan meningkatkan kecekapan penukar.
3.4 Frekuensi Operasi
Meningkatkan frekuensi pensuisan penukar DC-DC dwi-arah boleh mengurangkan saiz komponen pasif seperti induktor dan kapasitor, meningkatkan ketumpatan kuasa dan kelajuan sambutan dinamik penukar. Walau bagaimanapun, apabila induktor beroperasi pada frekuensi tinggi, kesan parameter parasit menjadi lebih ketara, dengan kesan kulit dan kesan hampiran menyebabkan peningkatan ketara dalam kehilangan induktor. Bahan magnet tradisional mungkin tidak memenuhi keperluan, memburukkan lagi isu-isu seperti pemanasan akibat kehilangan teras. Oleh itu, pemilihan produk induktor untuk aplikasi frekuensi tinggi merupakan langkah penting bagi memastikan operasi sistem yang stabil.
3.5 Suhu Operasi
Sistem penyimpanan tenaga rumah tangga beroperasi dalam persekitaran yang kompleks, memerlukan induktor kuasa memiliki sifat fizikal yang sangat baik dan keupayaan penyesuaian terhadap persekitaran. Saiz dan berat induktor mesti memenuhi keperluan reka bentuk padat bagi peralatan penyimpanan tenaga rumah tangga. Dalam persekitaran mencabar seperti suhu tinggi dan kelembapan, induktor harus mengekalkan prestasi yang stabil, dengan bahan teras yang tidak mudah dipengaruhi oleh suhu dan kelembapan, serta menunjukkan prestasi peresapan haba yang baik bersama-sama rintangan terhadap lembapan, kulat, dan kakisan. Semasa pemilihan, adalah lebih baik memilih induktor operasi suhu tinggi dengan ciri-ciri rendah terhadap suhu dan biasan DC, seperti produk teras ferit arus tinggi.
4- Penyelesaian Codaca untuk Penukar DC-DC Dwiarah Penyimpanan Tenaga Rumah Tangga
Codaca telah menyediakan pelbagai penyelesaian induktor yang diadaptasi untuk penukar DC-DC dwi-arah perumahan melalui penyelidikan & pembangunan (R&D) dan inovasi teknologi secara bebas, menyumbang kepada pembangunan hijau dan berkarbon rendah. CODACA telah melancarkan pelbagai model induktor kuasa arus tinggi, menawarkan pelbagai ciri elektrik dan rekabentuk pekapan untuk memenuhi keperluan prestasi tinggi induktor bagi aplikasi ini. Antara lain, induktor kuasa arus tinggi yang dibangunkan secara bebas oleh Codaca dengan teras serbuk magnet mempunyai ciri arus saturasi tinggi, kehilangan rendah, kecekapan penukaran tinggi, dan suhu operasi tinggi, memenuhi keperluan sistem penukar DC-DC dwi-arah perumahan untuk arus operasi tinggi, kehilangan rendah, dan ketumpatan kuasa tinggi.
Rajah 2. Induktor Arus Tinggi Codaca
Sebagai komponen utama dalam penukar DC-DC dwi-arah perumahan, induktor kuasa memainkan peranan yang tidak dapat digantikan dalam penyimpanan dan penukaran tenaga, serta dalam penekanan riak arus. Prestasinya secara langsung mempengaruhi kecekapan, kestabilan, dan kebolehpercayaan penukar tersebut. Dengan kemajuan berterusan teknologi penyimpanan tenaga perumahan, keperluan prestasi terhadap induktor kuasa semakin ketat, dengan ketumpatan kuasa tinggi, operasi frekuensi tinggi, dan pengamiran muncul sebagai trend pembangunan utama. Sebagai tindak balas terhadap cabaran ini, Codaca Electronics menjalankan kajian mendalam dalam bidang seperti pembangunan bahan teras magnet dan pengoptimuman rekabentuk struktur untuk terus meningkatkan prestasi induktor kuasa, menyediakan sokongan kukuh bagi peningkatan prestasi dan inovasi teknologi dalam penukar DC-DC dwi-arah perumahan. Ini membantu memudahkan aplikasi sistem penyimpanan tenaga rumah yang lebih luas dan cekap dalam bidang tenaga agihan.
EN