EN
Snabblänkar
Med den snabba utvecklingen av distribuerad energi har hushållens energilagringssystem blivit allt viktigare för att förbättra energianvändningens effektivitet och förbättra elkraftsförsörjningens stabilitet. Som en kärnkomponent i hushållens energilagringssystem spelar tvåvägiga DC-DC-omvandlare en avgörande roll för att uppnå effektiv och flexibel tvåvägig energiflöde mellan batterier, nätet eller laster. Bland de olika komponenterna i tvåvägiga DC-DC-omvandlare spelar högströms-effektinduktorer en särskilt viktig roll, och deras prestanda påverkar direkt omvandlarnas totala verkningsgrad, stabilitet och tillförlitlighet.
1- Översikt över arbetsprincipen för tvåvägiga DC-DC-omvandlare i Hem Energilagringssystem
Dubbelriktade DC-DC-omvandlare kan överföra energi mellan olika DC-spänningsnivåer. I laddningsläge omvandlar de den högre spänningen från nätet eller solcellskällor till en lägre spänning som är lämplig för batteriladdning för att lagra energi. I urladdningsläge höjer de den lägre batterispänningen till en högre spänning som uppfyller lastkraven eller kan återföras till nätet. Om man tar den vanliga dubbelriktade DC-DC-omvandlaren av typen Buck-Boost som exempel, så tillförs i Buck-sänkningsläget effekt från ingångskällan till lasten genom induktorn när effektsvängen (MOSFET) är på, vilket ökar strömmen genom induktorn och lagrar energi. När svängen är av fortsätter strömmen genom en fritt gående diod (eller synkronrektifiering) till lasten, vilket frigör den lagrade energin i induktorn och därmed säkerställer kontinuerlig kraftförsörjning till lasten under avstängda perioder. I Boost-höjningsläget, när svängen är på, laddar ingångskällan induktorn, vilket lagrar energi. När svängen är av arbetar induktorn och ingångskällan tillsammans för att höja utspänningen.
Figur 1. Scenario för användning av bostadsbaserade energilagringsystem
2- Rollen för effektackumulatorer i tvåvägig DC-DC-omvandlare
Effektackumulatorer spelar en avgörande roll i tvåvägiga DC-DC-omvandlare som nyckelkomponenter för energilagring och överföring. Under insläggningsfasen ökar strömmen genom ackumulatorn gradvis, och elektrisk energi lagras i ackumulatorn som magnetisk energi. När brytaren kopplas av minskar strömmen genom ackumulatorn, och den magnetiska energin omvandlas tillbaka till elektrisk energi, vilket säkerställer kontinuitet i kretsens ström och uppnår spänningshöjning eller spänningssänkning. Eftersom effektackumulatorer i tvåvägiga DC-DC-omvandlare huvudsakligen arbetar i miljöer med hög rippelström, vilket leder till betydande förluster, kan minskning av DCR i ackumulatorn och ökad driftsfrekvens hjälpa till att kontrollera dessa förluster under förhållanden med hög rippelström.
3- Effekten av effektackumulatorer på tvåvägiga DC-DC-omvandlare
3.1 Induktansvärde
Induktansvärdet påverkar direkt spänningsomvandlingsförhållandet, strömrippeln och den dynamiska svarshastigheten hos omvandlaren. När induktansvärdet är stort blir strömrippeln liten, vilket kan göra utsignalsspänningen jämnare, till fördel för omvandlarens verkningsgrad och stabilitet. Det kan dock orsaka att den dynamiska responsen hos omvandlaren blir långsammare, så att den inte snabbt kan anpassa utsignalsspänningen vid laständringar. När induktansvärdet är för litet blir den dynamiska responsen snabb, men strömrippeln blir stor, vilket ökar förlusterna i effektkomponenterna och minskar omvandlarens verkningsgrad, och kan till och med orsaka svängningar i kretsen, vilket påverkar systemets normala drift. I praktisk design är det nödvändigt att heltäckande beakta omvandlarens driftsläge, lastegenskaper och prestandakrav för att noggrant välja induktansvärdet.
3.2 Mättnadström
När strömmen genom induktorn är för stor når magnetflödestätheten i kärnan mättnadsvärdet, induktorn går in i ett tillstånd av magnetisk mättnad och induktansvärdet sjunker kraftigt. I tvåriktade likspänningsomvandlare kan magnetisk mättnad i induktorn leda till obehärskad ström, en betydande ökning av rippel samt skador på effektsvängningskomponenter på grund av överström, vilket allvarligt påverkar omvandlarens normala drift. För att undvika magnetisk mättnad är det nödvändigt att dimensionera kärnmaterial och storlek på ett lämpligt sätt så att induktorn inte mättas vid den maximala driftströmmen för omvandlaren. Samtidigt kan metoder som att öka luftgapen användas för att bredda den linjära arbetsområdet för induktorn och förbättra omvandlarens tillförlitlighet. Codaca har självständigt utvecklat flera serier av magnetpulskärnor för högströmsinduktorer, med patentanmälda magnetpulskärnor för att förbättra induktorns mättningsegenskaper.
3.3 DC-motstånd (DCR)
Likströmsmotstånd avser motståndet i induktorns spole vid likström. Ju lägre DCR, desto mindre effektförlust uppstår när ström flyter, vilket förbättrar den totala verkningsgraden.
Vid val bör prioritera produkter med låg DCR för att minska ledningsförluster och förbättra omvandlarens verkningsgrad.
3.4 Driftsfrekvens
Genom att öka switchfrekvensen hos bidirektionella DC-DC-omvandlare kan storleken på passiva komponenter som induktorer och kondensatorer minskas, vilket förbättrar omvandlarens effekttäthet och dynamiska svarshastighet. När induktorer däremot arbetar vid höga frekvenser förstärks inverkan av parasitparametrar, där hud- och närheterseffekter leder till en betydande ökning av förluster i induktorn. Traditionella magnetmaterial kan inte uppfylla kraven, vilket förvärrar problem såsom uppvärmning orsakad av kärnförluster. Därför är valet av induktorprodukter för högfrekventa tillämpningar ett avgörande steg för att säkerställa stabilt systemdrift.
3,5 Driftstemperatur
Hushållens energilagringssystem fungerar i komplexa miljöer, vilket kräver att effektdrosslar har utmärkta fysikaliska egenskaper och god anpassningsförmåga till omgivningen. Storlek och vikt på drosseln måste uppfylla kraven på kompakt design för hushållens energilagringsutrustning. I hårda miljöer som hög temperatur och fuktighet bör drosseln bibehålla stabil prestanda, med kärnmaterial som inte lätt påverkas av temperatur och fuktighet, samt visa god värmeavledning tillsammans med motståndskraft mot fukt, mögel och korrosion. Vid val är det fördelaktigt att välja effektdrosslar för hög temperatur med låga temperatur- och DC-förspänningskaraktäristika, till exempel ferritkärnor för hög ström.
4 - Codacas lösningar för hushållens energilagring, dubbelriktade DC-DC-omvandlare
Codaca har levererat flera anpassade induktorlösningar för bostadsbaserade tvåvägiga DC-DC-omvandlare genom självständig forskning och teknologisk innovation, vilket bidrar till grön och lågkolsutveckling. CODACA har lanserat flera modeller av kraftinduktorer för hög ström, med olika elektriska egenskaper och kapslingsdesigner för att möta kraven på hög prestanda för induktorerna i denna applikation. Bland annat erbjuder Codacas självutvecklade kraftinduktor för hög ström med magnetpulskärna hög mättningströmskapacitet, låga förluster, hög omvandlingseffektivitet och hög driftstemperatur, vilket uppfyller kraven från bostadsbaserade tvåvägiga DC-DC-omvandlersystem när det gäller hög driftström, låga förluster och hög effekttäthet.
Bild 2. Codaca kraftinduktor för hög ström
Som kärnkomponent i bostadens tvåvägade likströmsomvandlare spelar effektdrosslar en oersättlig roll vid energilagring och omvandling, samt vid dämpning av strömvågningar. Deras prestanda påverkar direkt omvandlarnas effektivitet, stabilitet och tillförlitlighet. Med den kontinuerliga utvecklingen av teknik för bostadsenergilagring blir kraven på effektdrosslars prestanda allt strängare, där hög effekttäthet, högfrekvent drift och integration framstår som nyckeltrender. För att möta dessa utmaningar bedriver Codaca Electronics fördjupad forskning inom områden som utveckling av magnetkärnmaterial och optimering av strukturell design, för att ständigt förbättra prestandan hos effektdrosslar och därigenom ge ett fast underlag för prestandaförbättringar och teknologiska innovationer i bostadens tvåvägade likströmsomvandlare. Detta bidrar till bredare och mer effektiva tillämpningar av hemenergilagringssystem inom området för distribuerad energi.