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部分功率直流变换器研究综述

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admin 发表于 2024-12-14 13:55 | 查看全部 阅读模式

文档名:部分功率直流变换器研究综述
摘要:随着直流负载功率等级的提高,直流变换器面临着效率、功率密度、成本、散热等一系列问题.部分功率处理技术能够解决上述问题,让DC-DC只流过系统总功率的一小部分,而剩余的主要功率则通过前馈路径直接在源荷间传输.该文全面阐述部分功率处理技术的原理及分类,重点分析串联部分功率变换器的多种结构特性及优缺点,多维度总结归纳部分功率技术的能效分析方法,详细调研现有研究的实验样机情况,指出了部分功率直流变换器的未来研究方向和应用场景.

Abstract:AsthepowerlevelofDCloadsincreases,thepowerlevelofDC-DCconverters,whichserveasDCenergyconversiondevices,alsoincreases.Itposescomplexchallengessuchasefficiency,powerdensity,volume,andheatdissipation.Partialpowerprocessing(PPP)solvestheseissuesbyallowingonlyasmallfractionofthetotalsystempowertoflowthroughtheDC-DCconverters.Comparedtotraditionalfullpowerprocessing(FPP),thisapproachreducescomponentlosses,asmostsystempowerisdirectlytransferredbetweenthesourceandloadviaafeedforwardpathwithminimallinelosses.Thispaperprovidesacomprehensiveanalysisofthecurrentstateofdomesticandinternationalresearch,clarifyingtheclassificationandnomenclatureofvariousformsofPPPimplementation,includingparallel-connectedpartialpowerconverters(P-PPC)andseries-connectedpartialpowerconverters(S-PPC).Itelaboratesontheadvantagesanddisadvantagesofthesedifferentclasses,especiallyanalyzingthelimitationsofS-PPC,layingthegroundworkforunderstandingandstudyingpartialpowerconverters.ThefocusthenshiftstotheS-PPCbecauseofthemultiplestructuresandcomplexclassification.Next,thepaperpresentsadetailedanalysisofS-PPCstructuresbasedontherelationshipbetweenvoltageandcurrent,includingco-groundandno-co-groundS-PPC.Italsooutlinesgeneralmethodsforevaluatingconverterperformance,coveringactivepowerprocessing,nonactivepowerprocessing,multi-quadrantoperation,andcomponentstressfactor.Thispaperexemplifiesthisevaluationthroughno-co-groundS-PPC.Multi-quadrantoperationconsistsofbipolarvoltageandbidirectionalcurrent,whichisparticularlyadvantageousinscenariosinvolvingbidirectionalenergyflowandhigh-powerapplications.Meanwhile,multi-quadrantoperation'sprinciples,advantages,anddisadvantagesareemphasized,andtheneedforbidirectionalDC-DCandbipolarDC-DCisidentified.Furthermore,tograspthecurrentresearchprogressofS-PPC,thepapersummarizestheconstructionofexperimentalprototypesfoundinexistingliterature,includingapplicationscenarios,specificpartialpowerstructuresandcircuittopologiesemployed,workingquadrants,switchingfrequencies,semiconductormaterials,activepowerprocessingratios,andefficiency.Accordingtotheprototypes,batteryenergystoragesystemsandPVgenerationarethemostcommonscenariosforS-PPCapplications.Theadvantagesofmulti-quadrantS-PPCperformancecanbeconfirmedfromtwodimensions:thepartialpowercomparisonbetweenS-PPCandthetraditionalnon-isolatedfullpowerconverterunderthesameworkingconditions,andthecomparisonbetweenthemulti-quadrantandsingle-quadrantoperations.Finally,thesuperiorperformanceofmulti-quadrantpartialpowerconvertersisdemonstratedaccordingtoefficiency,activepower,nonactivepower,componentstress,andpowerdestiny.However,itshouldalsobenotedthattheconnectionmethodofthephysicalstructurelimitstheapplicationsofS-PPC.ThepaperforecastsfutureapplicationscenariosforPPP,suchashydrogenproduction,newdatacenterpowersupply,andelectricvehicleV2G.ItalsopointsoutfutureresearchdirectionsforPPP,suchaspartialpowerconvertersbasedonresonantcircuitsandPPPsafetyprotectionschemes.

作者:陶星澳   王丰   卓放 Author:TaoXing'ao   WangFeng   ZhuoFang
作者单位:西安交通大学未来技术学院西安710049西安交通大学未来技术学院西安710049;西安交通大学电气工程学院西安710049西安交通大学电气工程学院西安710049
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(10)
分类号:TM46
关键词:部分功率处理  DC-DC  非有功功率  多象限工作  
Keywords:Partialpowerprocessing  DC-DC  nonactivepower  multi-quadrantworking  
机标分类号:G64F407.2TM352
在线出版日期:2024年5月31日
基金项目:部分功率直流变换器研究综述[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(10)陶星澳  王丰  卓放随着直流负载功率等级的提高,直流变换器面临着效率、功率密度、成本、散热等一系列问题.部分功率处理技术能够解决上述问题,让DC-DC只流过系统总功率的一小部分,而剩余的主要功率则通过前馈路径直接在源荷间传输.该文全...参考文献和引证文献
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引证文献
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