EN
Быстрые ссылки
С быстрым развитием распределённой энергетики системы накопления энергии для домашнего использования всё больше важны для повышения эффективности использования энергии и улучшения стабильности электроснабжения. Как ключевой компонент систем домашнего накопления энергии, двунаправленные DC-DC преобразователи играют важную роль в обеспечении эффективного и гибкого двунаправленного потока энергии между аккумуляторами, сетью или нагрузками. Среди различных компонентов двунаправленных DC-DC преобразователей высокотоковые силовые дроссели выполняют чрезвычайно важную функцию, и их характеристики напрямую влияют на общую эффективность, стабильность и надёжность преобразователей.
1- Обзор принципа работы двунаправленных DC-DC преобразователей в Главная Системы хранения энергии
Двунаправленные преобразователи постоянного тока могут передавать энергию между различными уровнями напряжения постоянного тока. В режиме зарядки они преобразуют более высокое напряжение от сети или источников фотоэлектрической энергии в более низкое напряжение, подходящее для зарядки аккумулятора и хранения энергии. В режиме разрядки они повышают более низкое напряжение аккумулятора до более высокого уровня, соответствующего требованиям нагрузки или позволяющего подавать энергию обратно в сеть. В качестве примера рассмотрим распространённый двунаправленный DC-DC преобразователь типа Buck-Boost: в понижающем режиме (Buck), когда силовой ключ (MOSFET) включён, входной источник питания подаёт мощность на нагрузку через дроссель, увеличивая ток дросселя и запасая энергию. Когда ключ выключен, ток дросселя продолжает поступать к нагрузке через диод свободного хода (или синхронный выпрямитель), отдавая накопленную энергию, что обеспечивает непрерывное электропитание нагрузки в периоды выключения ключа. В повышающем режиме (Boost), когда ключ включён, входной источник питания заряжает дроссель, накапливая в нём энергию. Когда ключ выключен, дроссель и входной источник питания совместно работают для повышения выходного напряжения.
Рисунок 1. Диаграмма сценария применения бытовых систем хранения энергии
2- Роль силовых дросселей в двунаправленных преобразователях постоянного тока
Силовые дроссели играют ключевую роль в двунаправленных преобразователях постоянного тока как основные компоненты для накопления и передачи энергии. Во время фазы включения ток через дроссель постепенно увеличивается, и электрическая энергия накапливается в дросселе в виде магнитной энергии. Когда переключатель выключается, ток дросселя уменьшается, и магнитная энергия преобразуется обратно в электрическую, обеспечивая непрерывность тока в цепи и реализуя повышение или понижение напряжения. Поскольку силовые дроссели в двунаправленных DC-DC преобразователях в основном работают в условиях высокого пульсирующего тока, что приводит к значительным потерям, снижение DCR дросселя и повышение частоты работы могут помочь контролировать эти потери при высоком уровне пульсаций тока.
3- Влияние силовых дросселей на двунаправленные преобразователи постоянного тока
3.1 Индуктивность
Значение индуктивности напрямую влияет на коэффициент преобразования напряжения, пульсации тока и скорость динамического отклика преобразователя. При большом значении индуктивности пульсации тока невелики, что позволяет получить более гладкое выходное напряжение, способствуя повышению эффективности и стабильности преобразователя. Однако это может привести к замедлению динамического отклика преобразователя, из-за чего он не сможет быстро регулировать выходное напряжение при изменении нагрузки. При слишком малом значении индуктивности, хотя динамический отклик и быстрый, пульсации тока велики, что увеличивает потери в силовых элементах, снижает КПД преобразователя и может даже вызвать колебания в цепи, нарушая нормальную работу системы. На практике необходимо комплексно учитывать режим работы преобразователя, характеристики нагрузки и требования к производительности для точного выбора значения индуктивности.
3.2 Ток насыщения
Когда ток через индуктивность слишком велик, плотность магнитного потока сердечника достигает значения насыщения, индуктивность переходит в состояние магнитного насыщения, и значение индуктивности резко падает. В двунаправленных DC-DC преобразователях магнитное насыщение индуктивности может привести к неконтролируемому росту тока, значительному увеличению пульсаций и повреждению силовых переключающих устройств из-за перегрузки по току, что серьёзно влияет на нормальную работу преобразователя. Чтобы избежать магнитного насыщения, необходимо рационально подобрать материал и размеры сердечника, чтобы обеспечить отсутствие насыщения индуктивности при максимальном рабочем токе преобразователя. В то же время могут применяться методы, такие как увеличение воздушных зазоров, с целью расширения линейного диапазона работы индуктивности и повышения надёжности преобразователя. Codaca независимо разработал несколько серий индуктивных элементов с высоким током на основе магнитного порошка, используя запатентованные магнитные порошковые сердечники для улучшения характеристик насыщения дросселей.
3.3 Сопротивление постоянному току (DCR)
Сопротивление постоянному току (DC resistance) обозначает внутреннее сопротивление катушки индуктивности в условиях постоянного тока. Чем ниже значение DCR, тем меньше потери мощности при протекании тока, что повышает общую эффективность.
При выборе предпочтение следует отдавать изделиям с низким значением DCR для снижения потерь на проводимость и повышения эффективности преобразователя.
3.4 Рабочая частота
Повышение частоты переключения двунаправленных преобразователей постоянного тока может уменьшить размер пассивных компонентов, таких как дроссели и конденсаторы, что повышает плотность мощности преобразователя и скорость динамического отклика. Однако при работе дросселей на высоких частотах влияние паразитных параметров усиливается, а эффект вытеснения тока (скин-эффект) и эффект близости приводят к значительному увеличению потерь в дросселях. Традиционные магнитные материалы могут не соответствовать требованиям, усугубляя такие проблемы, как нагрев из-за потерь в сердечнике. Поэтому выбор дросселей для высокочастотных применений является важным шагом для обеспечения стабильной работы системы.
3.5 Рабочая температура
Системы бытового накопления энергии работают в сложных условиях, что требует от силовых дросселей обладания отличными физическими свойствами и адаптацией к окружающей среде. Размер и вес дросселя должны соответствовать требованиям компактной конструкции оборудования для хранения энергии в домашних условиях. В жестких условиях, таких как высокая температура и влажность, дроссель должен сохранять стабильную производительность, иметь сердечник из материала, который не подвержен влиянию температуры и влажности, а также демонстрировать хорошую теплоотдачу и устойчивость к влаге, плесени и коррозии. При выборе предпочтительно использовать дроссели с высокой рабочей температурой, низкими характеристиками при изменении температуры и постоянного тока, например, изделия на основе ферритовых сердечников с высоким током.
4- Решения Codaca для двунаправленных преобразователей постоянного тока в системах бытового накопления энергии
Codaca предоставила несколько адаптированных решений индукторов для бытовых двунаправленных DC-DC преобразователей благодаря независимым НИОКР и технологическим инновациям, способствуя развитию экологически чистых и низкоуглеродных технологий. CODACA запустила несколько моделей мощных индукторов с высоким током, предлагая различные электрические характеристики и конструкции корпусов, чтобы соответствовать высоким требованиям к индукторам в данном применении. Среди них — разработанный самостоятельно компанией Codaca мощный индуктор с высоким током на основе магнитопровода из порошкового материала, отличающийся высоким током насыщения, низкими потерями, высокой эффективностью преобразования и высокой рабочей температурой, что отвечает требованиям систем бытовых двунаправленных DC-DC преобразователей к высокому рабочему току, низким потерям и высокой плотности мощности.
Рисунок 2. Индуктор Codaca с высоким током
Как основной компонент бытовых двунаправленных DC-DC преобразователей, силовые дроссели играют незаменимую роль в накоплении и преобразовании энергии, а также в подавлении пульсаций тока. Их характеристики напрямую влияют на эффективность, стабильность и надежность преобразователей. По мере постоянного развития технологий бытовых систем хранения энергии требования к характеристикам силовых дросселей становятся всё более жесткими, при этом ключевыми тенденциями развития становятся высокая мощность в единице объема, работа на высоких частотах и интеграция. В ответ на эти вызовы компания Codaca Electronics проводит глубокие исследования в таких областях, как разработка материалов магнитопроводов и оптимизация конструктивного дизайна, чтобы постоянно повышать характеристики силовых дросселей, обеспечивая надежную поддержку улучшению производительности и технологическим инновациям в бытовых двунаправленных DC-DC преобразователях. Это способствует более широкому и эффективному применению систем домашнего накопления энергии в области распределённой энергетики.