【導讀】現在可供設計人員使用的模塊化組件提供了兩個關鍵屬性：它們可用作有效且高效的“直流變壓器” - 也就是說，它們提供固定比率的直流-直流轉換：並且它們本質上是雙向的。關於如何實現雙向操作的詳細描述超出了本文的範圍；但是，通過查看作為支持技術的正弦振幅轉換器的主要元件，可以獲得“粗略”的理解。

SAC：對稱轉換器

現在可供設計人員使用的模塊化組件提供了兩個關鍵屬性：它們可用作有效且高效的“直流變壓器” - 也就是說

，它們提供固定比率的直流-直流轉換：並且它們本質上是雙向的。關於如何實現雙向操作的詳細描述超出了本文的範圍；但是，通過查看作為支持技術的正弦振幅轉換器的主要元件
，可以獲得“粗略”的de理li解jie。由you於yu我wo們men已yi經jing放fang棄qi了le從cong左zuo到dao右you的de思si維wei，因yin此ci從cong中zhong心xin開kai始shi，那na裏li有you一yi個ge變bian壓ya器qi，以yi及ji一yi個ge與yu變bian壓ya器qi的de漏lou感gan保bao持chi諧xie振zhen的de串chuan聯lian電dian容rong器qi。一yi側ce有you一yi個ge開kai關guan橋qiao（通常）被視為對直流總線進行斬波的輸入級，而另一側則有一個基本相同的布置，可稱為同步整流器。隻要這兩條路徑與中央“槽”中的諧振波形同步切換
，整個裝置就是對稱的，並且完全充當直流變壓器
；電壓根據磁性元件的匝數比升高，電流降低，反之亦然。一個端口出現的阻抗變化會在另一端口反映出來（如預期，通過匝數比的平方），並且功率將相應地流動。諧振、零電壓和零電流開關可確保低損耗：諧振回路中存儲的能量少
，可通過轉換器產生良好的瞬態響應：MHz 開關意味著小而輕的電感器和電容器。

圖 1：正弦幅度轉換器

盡管SAC拓撲本質上是雙向的，但有兩個功率組件係列對於雙向應用特別有用。一種是總線轉換器模塊（BCM），它在兩個電壓軌之間提供隔離的固定比率轉換。另一個是非隔離版本（稱為 NBM）
，其他方麵類似。後一部分在雙向設置中使用起來稍微容易一些，因為它將通過施加到任一端口的電源來“啟動”（建立並穩定諧振切換）。如果需要隔離，則使用 BCM 需要少量的附加電路來提供偏置，以通過施加到“次級”的電源來啟動它。

雙向用例

高效的雙向功率轉換可應用於一係列不同的場景，這些場景可分為多個通用部分，如圖 2 所示。轉換器（隔離或非隔離）可以在其正向運行 - 通常是一個降壓，如 48 V 至 12 V：或相反，作為升壓。它可以在不同時刻向任一方向運行；或者，在第四種情況下，雙單元可以充當鏡像對；兩個相同的單元背對背連接。

圖 2：與 SAC 電源處理相關的四種模式

可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)正(zheng)在(zai)刺(ci)激(ji)許(xu)多(duo)潛(qian)在(zai)應(ying)用(yong)的(de)發(fa)展(zhan)。直(zhi)到(dao)近(jin)，光(guang)伏(fu)板(ban)的(de)默(mo)認(ren)用(yong)途(tu)一(yi)直(zhi)是(shi)作(zuo)為(wei)並(bing)網(wang)陣(zhen)列(lie)，通(tong)過(guo)逆(ni)變(bian)器(qi)將(jiang)電(dian)力(li)輸(shu)送(song)回(hui)電(dian)力(li)供(gong)應(ying)設(she)施(shi)，以(yi)抵(di)消(xiao)甚(shen)至(zhi)逆(ni)轉(zhuan)流(liu)向(xiang)（來自）財產或設施的電力。隔離（即未並網）太陽能陣列為本地存儲供電以供本地“微電網”消耗的概念正在迅速普及。與此同時，建築物範圍內（甚至更廣泛）範圍內的直流配電概念再次興起。此類總線通常建議使用 380 V，作為高側電壓，目前 BCM/NBM 係列模塊可以適應這一水平。

圖 3：基於帶有智能 100W USB C 連接器的 24Vdc 總線的子係統

圖 3 顯xian示shi了le此ci類lei安an裝zhuang的de一yi般ban情qing況kuang，其qi中zhong多duo個ge直zhi流liu負fu載zai由you一yi係xi列lie可ke再zai生sheng能neng源yuan供gong電dian，並bing使shi用yong電dian池chi組zu作zuo為wei備bei用yong電dian源yuan。備bei用yong電dian池chi和he機ji電dian飛fei輪lun是shi需xu要yao雙shuang向xiang功gong率lv流liu的de示shi例li。隻zhi需xu從cong可ke用yong範fan圍wei中zhong選xuan擇ze適shi當dang的de轉zhuan換huan比bi模mo塊kuai，即ji可ke適shi應ying供gong電dian（或存儲）側的不同電壓軌。在這張圖的消費者方麵，LED 照明可能會在比主直流配電更低的電壓下運行。再次，合適的降壓（“反向”）轉換器模塊可以負責轉換。 Vicor 記錄的實驗配置采用了這樣的結構，通過使用智能 USB-C 連接器的 24V 總線實現逐個設備的配電，在規範中，該連接器能夠支持 100W。

　圖 4：電池測試中的雙向直流

圖 4 中的框圖實際上顯示了與供電設備 (48V) 不同電位（例如 12V）的能量存儲的特殊情況。通過NBM模塊進行5:1轉換；監管始終偏高。電池電壓升高，然後調節至所需水平；或者對於充電


，調節較高的總線電壓，以便 5:1 下變頻產生正確的充電電平。事實上，圖 4 描(miao)繪(hui)了(le)電(dian)源(yuan)實(shi)驗(yan)室(shi)的(de)一(yi)種(zhong)新(xin)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)
，它(ta)既(ji)可(ke)以(yi)為(wei)產(chan)品(pin)提(ti)供(gong)穩(wen)壓(ya)測(ce)試(shi)電(dian)壓(ya)，又(you)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)穩(wen)壓(ya)負(fu)載(zai)
，從(cong)而(er)回(hui)收(shou)能(neng)量(liang)，以(yi)便(bian)僅(jin)提(ti)供(gong)一(yi)小(xiao)部(bu)分(fen)用(yong)於(yu)測(ce)試(shi)的(de)能(neng)量(liang)。網(wang)格(ge)。解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)的(de)傳(chuan)統(tong)方(fang)法(fa)是(shi)提(ti)供(gong)雙(shuang)電(dian)源(yuan)路(lu)徑(jing)；降壓（和調節）為電池充電，升壓以在主電源出現故障時將電源返回至 48 V 總線。除了電源轉換功能之外
，這還需要一些具有安全鎖定功能的控製元件，以從一種狀態切換到另一種狀態。 使用雙向係統組件可以實現更簡單
、gengjincoudejiejuefangan。raner，rushangsuoshu，tiaojiemuqianzaishuangxiangmokuaizhongbukeyong，yincixuyaoyixiedianyuanlujingzhongxinbuxiancainengzailianggefangxiangshangshiyongdangetiaojieqi。

圖 2 中zhong的de第di四si種zhong情qing況kuang可ke以yi準zhun確que類lei比bi電dian力li公gong用yong電dian網wang和he超chao級ji電dian網wang實shi踐jian。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia，轉zhuan換huan器qi按an升sheng壓ya方fang向xiang連lian接jie
，以yi便bian在zai一yi定ding距ju離li內nei以yi更geng高gao的de電dian壓ya傳chuan輸shu電dian力li

，然ran後hou再zai連lian接jie一yi個ge相xiang同tong的de轉zhuan換huan器qi。單dan元yuan連lian接jie到dao遠yuan端duan的de降jiang壓ya裝zhuang置zhi。當dang然ran，目mu標biao是shi減jian少shao中zhong間jian布bu線xian中zhong的de I?R 損耗。正如公用事業公司將其交流電變換為數百 kV 進行傳輸一樣


，設計直流配電的工程師也可以使用直流變壓器來達到同一目的。雖然這利用了 NBM 模塊的可逆性，但這種情況下的功率流可能是雙向的，也可能不是雙向的。

采用這種策略的一個不尋常的是係留無人機或 UAV（無人駕駛飛行器）。並非所有無人機都需要自由飛行，但可能需要長時間操作（例如進行現場勘察或建築攝影）。可以通過臍帶纜或係繩向此類機器供電。顯然，希望車載電池節省的重量不應被電纜的重量所抵消——因此
，需要采用薄規格的電源饋送。 Vicor 建模的研究使用 50 V 板載電機電源
，但使用 8:1 轉換器將其升壓至 400V，以便可以容忍具有 2 Ω 環路電阻的細線。

汽車電氣化

快速發展的電動汽車和混合動力領域似乎將提供更多應用，在這些應用中，不同直流母線之間的雙向功率流將被證明是有用的。低電平（12 V 和 48 V）的雙電壓車輛架構需要一係列總線互連以及電池和單元之間的功率流

，具體取決於它們是輕度混合動力
、中度混合動力還是全混合動力集成啟動器/發電機。 全電動汽車的數百伏牽引電源軌隻會進一步增加複雜性，並將該技術帶入再生製動和能量回收領域。

所有這些都可以使用 Vicor 的在線 PowerBench 白板工具進行建模。它具有可供使用的 NBM 轉換器模塊的全麵“黑匣子”行(xing)為(wei)模(mo)型(xing)。可(ke)以(yi)快(kuai)速(su)輸(shu)入(ru)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)的(de)參(can)數(shu)，並(bing)且(qie)該(gai)軟(ruan)件(jian)已(yi)為(wei)正(zheng)向(xiang)或(huo)反(fan)向(xiang)轉(zhuan)換(huan)器(qi)操(cao)作(zuo)做(zuo)好(hao)充(chong)分(fen)準(zhun)備(bei)。可(ke)以(yi)立(li)即(ji)準(zhun)確(que)預(yu)測(ce)轉(zhuan)換(huan)器(qi)內(nei)和(he)的(de)實(shi)際(ji)電(dian)壓(ya)

、電流和損耗。支持模塊的並行連接，並且在雙向情況下同樣有效。使用具有雙向功能的模塊可以實現 200 W 至 20 kW 的功率處理

，額定電壓可達 400 V 以上。

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