EN
Швидкі посилання
Зі швидким розвитком розподіленої енергетики домашні системи накопичення енергії все більше набувають значення для підвищення ефективності використання енергії та забезпечення стабільності електропостачання. Як основний компонент домашніх систем накопичення енергії, двонапрямні перетворювачі постійного струму відіграють ключову роль у забезпеченні ефективного та гнучкого двонапрямного обміну енергією між акумуляторами, мережею чи навантаженням. Серед різноманітних компонентів двонапрямних перетворювачів постійного струму особливо важливу роль відіграють потужні індуктори з великим струмом, чия продуктивність безпосередньо впливає на загальну ефективність, стабільність та надійність перетворювачів.
1- Огляд принципу роботи двонапрямних перетворювачів постійного струму в Дом Системи накопичення енергії
Двонаправлені перетворювачі постійного струму можуть передавати енергію між різними рівнями напруги постійного струму. У режимі заряджання вони перетворюють більш високу напругу з мережі або фотоелектричних джерел на нижчу, придатну для заряджання акумулятора та зберігання енергії. У режимі розряду вони підвищують нижчу напругу акумулятора до вищої, яка відповідає вимогам навантаження або може бути повернена в мережу. Наприклад, у двонаправленого перетворювача постійного струму типу Buck-Boost у режимі пониження (Buck), коли силовий перемикач (MOSFET) увімкнено, живлення від вхідного джерела подається на навантаження через індуктивність, струм у котушці збільшується, і вона накопичує енергію. Коли перемикач вимкнено, струм через індуктивність продовжує протікати на навантаження через діод вільного ходу (або синхронний випрямлювач), віддаючи накопичену енергію, забезпечуючи таким чином безперебійне живлення навантаження під час вимкнення перемикача. У режимі підвищення (Boost), коли перемикач увімкнено, вхідне джерело живлення заряджає індуктивність, яка накопичує енергію. Коли перемикач вимкнено, індуктивність і вхідне джерело працюють разом, підвищуючи вихідну напругу.
Малюнок 1. Діаграма сценарію застосування побутових систем зберігання енергії
2- Роль силових дроселів у двонаправлених перетворювачах постійного струму
Силові дроселі відіграють ключову роль у двонаправлених перетворювачах постійного струму як основні компоненти для накопичення та передачі енергії. Під час фази вмикання струм через дросель поступово збільшується, і електрична енергія накопичується в дроселі у вигляді магнітної енергії. Коли перемикач вимикається, струм через дросель зменшується, а магнітна енергія перетворюється назад на електричну, забезпечуючи безперервність струму в ланцюзі та реалізовуючи підвищення або зниження напруги. Оскільки силові дроселі в двонаправлених перетворювачах постійного струму працюють переважно в умовах великого пульсаційного струму, що призводить до значних втрат, зменшення DCR дроселя та підвищення робочої частоти можуть допомогти обмежити ці втрати в умовах високого пульсаційного струму.
3- Вплив силових дроселів на двонаправлені перетворювачі постійного струму
3.1 Значення індуктивності
Значення індуктивності безпосередньо впливає на коефіцієнт перетворення напруги, пульсації струму та швидкість динамічної відповіді перетворювача. Коли значення індуктивності велике, пульсації струму невеликі, що може зробити вихідну напругу більш гладкою, сприяючи підвищенню ефективності та стабільності перетворювача. Однак це може призвести до уповільнення динамічної відповіді перетворювача, через що він не зможе швидко регулювати вихідну напругу при зміні навантаження. Якщо значення індуктивності занадто мале, хоча динамічна відповідь і буде швидкою, пульсації струму будуть великими, що збільшить втрати потужності в пристроях і знизить ефективність перетворювача, а також може спричинити коливання в ланцюзі, що вплине на нормальну роботу системи. На практиці необхідно всебічно враховувати режим роботи перетворювача, характеристики навантаження та вимоги до продуктивності для точного вибору значення індуктивності.
3.2 Струм насичення
Коли струм через індуктивність занадто великий, густина магнітного потоку осердя досягає значення насичення, індуктивність входить у стан магнітного насичення, і значення індуктивності різко падає. У двонаправлених DC-DC перетворювачах магнітне насичення індуктивності може призвести до втрати контролю над струмом, значного збільшення пульсацій і пошкодження силових перемикаючих пристроїв через перевантаження за струмом, що серйозно впливає на нормальну роботу перетворювача. Щоб уникнути магнітного насичення, необхідно раціонально спроектувати матеріал і розмір осердя, щоб забезпечити, що індуктивність не насичується при максимальному робочому струмі перетворювача. У той же час можна застосовувати такі методи, як збільшення повітряних зазорів, щоб розширити діапазон лінійної роботи індуктивності та підвищити надійність перетворювача. Codaca самостійно розробив кілька серій індуктивностей на основі магнітного порошкового осердя з великим струмом, використовуючи запатентовані магнітні порошки для покращення характеристик насичення індуктивностей.
3.3 Омічний опір постійного струму (DCR)
Опір постійному струму — це внутрішній опір котушки індуктивності в умовах постійного струму. Чим нижчий DCR, тим менші втрати потужності виникають під час протікання струму, що забезпечує підвищення загальної ефективності.
Під час вибору пріоритет слід віддавати продуктам із низькими значеннями DCR для зменшення втрат провідності та підвищення ефективності перетворювача.
3.4 Робоча частота
Збільшення частоти перемикання двонаправлених DC-DC перетворювачів може зменшити розміри пасивних компонентів, таких як індуктивності та конденсатори, що підвищує густину потужності перетворювача та швидкість динамічної відповіді. Однак, коли котушки індуктивності працюють на високих частотах, вплив паразитних параметрів посилюється, а ефект поверхневого натягу та ефект близькості призводять до значного зростання втрат в індуктивностях. Традиційні магнітні матеріали можуть не відповідати вимогам, що загострює проблеми, пов’язані з нагріванням через втрати в осерді. Тому вибір індуктивних компонентів для високочастотних застосувань є важливим кроком для забезпечення стабільної роботи системи.
3.5 Робоча температура
Системи побутового накопичення енергії працюють у складних умовах, що вимагає від силових дроселів наявності відмінних фізичних властивостей та адаптивності до навколишнього середовища. Розмір і вага дроселя мають відповідати вимогам компактного дизайну обладнання для побутового зберігання енергії. У важких умовах, таких як висока температура та вологість, дросель повинен зберігати стабільну роботу, мати матеріал осердя, який не піддається впливу температури та вологості, а також демонструвати добру тепловіддачу та стійкість до вологи, цвілі та корозії. Під час вибору краще віддавати перевагу дроселям з високою робочою температурою, низькими характеристиками за температурою та постійним струмом, наприклад, виробам із феритовим осердям підвищеної струмовості.
4- Рішення Codaca для двонаправлених перетворювачів постійного струму систем накопичення енергії в побуті
Codaca розробила кілька адаптованих рішень індуктивних елементів для побутових двонаправлених DC-DC перетворювачів шляхом незалежних НДР та технологічних інновацій, сприяючи зеленому та низьковуглецевому розвитку. CODACA запустила кілька моделей потужних індуктивних елементів великого струму, які пропонують різноманітні електричні характеристики та конструкції корпусів, щоб відповідати високим вимогам до індуктивних елементів у цьому застосуванні. Зокрема, розроблений Codaca власними силами потужний індуктивний елемент великого струму з магнітним порошковим осердям характеризується високим струмом насичення, низькими втратами, високою ефективністю перетворення та високою робочою температурою, відповідаючи вимогам системи побутового двонаправленого DC-DC перетворювача щодо високого робочого струму, низьких втрат та високої густини потужності.
Малюнок 2. Індуктивний елемент великої потужності Codaca
Як основний компонент двонаправлених DC-DC перетворювачів для побутових систем, силові дроселі відіграють незамінну роль у накопиченні та перетворенні енергії, а також у придушенні пульсацій струму. Їхні характеристики безпосередньо впливають на ефективність, стабільність та надійність перетворювачів. З постійним розвитком технологій побутових систем зберігання енергії вимоги до характеристик силових дроселів стають все суворішими, а ключовими тенденціями розвитку є висока потужність у одиниці об’єму, робота на високій частоті та інтеграція. У відповідь на ці виклики компанія Codaca Electronics проводить глибокі дослідження в таких галузях, як розробка матеріалів магнітопроводів та оптимізація конструкцій, постійно покращуючи характеристики силових дроселів, забезпечуючи міцну підтримку підвищенню продуктивності та технологічним інноваціям у двонаправлених DC-DC перетворювачах для побутових систем. Це сприяє ширшому та ефективнішому застосуванню систем побутового зберігання енергії в галузі розподіленої енергетики.