為了幫助自己和大家對雙主動橋隔離雙向DC-DC變換器有一個初步了解，將翻譯一篇發表于IEEE on Power Electronics的高引用綜述。無其他用途，僅學習交流用。

首先感謝原文作者給予的寶貴的學習機會。

原文名稱：Overview of Dual-Active-Bridge Isolated Bidirectional DC–DC Converter for High-Frequency-Link Power-Conversion System???? https://ieeexplore.ieee.org/document/6658916

V 硬件設計和優化

硬件設計是DAB-IBDC的一個重要研究方向，它主要集中在參數、磁性元件（變壓器和電感）、功率器件和硬件結構上的優化設計。

A 主要參數

文獻[98]分析了用于汽車應用的低電壓和大電流DAB-IBDC的功率損耗模型，并提出了一些設計建議，以實現高效率。在此基礎上，文獻[66]為現有的用于汽車應用的DAB-IBDC原型開發了一種效率優化的設計方法。設計過程指出，調制方案的優化是實現完全優化的第一步。變壓器匝數比和輔助電感最優硬件參數的計算是第二步。文獻[63]，[64]分析了采用DPS控制的DAB-IBDC的一般效率和電流-應力優化開關策略。所采用的方法對大電壓轉換比和輕負荷的運行條件特別有效。但基于數學模型的優化方法的精度可能受到限制。文獻[99]提出了一種基于先進元件的DAB-IBDC參數優化方法，其中最優參數集中在輔助電感和開關頻率上。通常，需要確定的DAB-IBDC的主要參數如下：輸入和輸出電壓、額定功率、變壓器匝數比、輔助電感（包括變壓器泄漏I）和開關頻率。

B 電磁元件

高頻變壓器是DAB-IBDC最關鍵的部件，直接影響其性能。文獻[100]通過對變壓器的近似集總參數建模和飽和行為的實驗確定，分析了問題的性質，提出了一種簡單的閉環控制算法，并對控制器參數進行了在線整定，提高了變壓器的利用率。為了優化變壓器的繞組配置，文獻[101]提出了一種粒子群優化和差分進化的混合方法。

除上述優化外，變壓器的結構優化也是一個研究方向。為了提高DAB-IBDC在輕載下的運行性能，文獻[102]提出了一種具有雙漏電感和變頻的變壓器。所提出的雙漏電感變壓器具有繞組結構，在低電流時產生高漏電感，在高電流時產生低漏電感。與文獻[102]相似，在文獻[103]中提出了一種自適應電感作為主要的能量傳遞元件。輸出電流作為電感的偏置電流。因此，電感可以在輸出功率上自動優化，以保持在輕負載下ZVS，并在重載情況下將導通損耗降到最低。

在文獻[104]中，通過在二次繞組頂部放置由標準3F3鐵氧體板制成的泄漏層來獲得輔助電感，以增加功率密度。文獻[105]使用兩個C芯對之間插入薄絕緣層的獨立繞組布局結構來獲得輔助電感和高絕緣電壓。事實上，如圖 15所示。建議將輔助電感和變壓器集成到一個模塊中，以增加IBDC的功率密度和模塊化。

圖 15?磁元件優化設計（a）輔助電感和變壓器（b）集成磁性模塊

通常，DAB-IBDC的高頻變壓器鐵芯主要由鐵氧體構成。但鐵氧體具有低飽和磁通密度、磁導率和居里溫度，導致磁性元件體積相對較大，溫度性能差，運行狀態不穩定。此外，大功率鐵氧體的高生產難度提升了生產成本，并導致了高價格。先進的磁性材料近年來越來越受到人們的關注，鐵基納米晶軟磁材料是最受關注的材料之一[99]。表 4顯示了鐵基納米晶和鐵氧體材料的粗略特性比較。與鐵氧體相比，鐵基納米晶材料一般具有更高的飽和磁通密度、磁導率、居里溫度和更低的鐵損耗，因此具有更好的性能HFL PCs的發展前景。文獻[106]討論了普通納米晶變壓器的優化設計方法，其重點是核心尺寸優化和漏感調諧以降低損耗。

表 4?鐵基納米晶和鐵氧體材料的特性比較

C 電力裝置

為了提高效率和功率密度的性能，許多文獻討論了寬禁帶（WBG）功率器件在DAB-IBDC中的應用。

在文獻[107]中比較了基于Si和SiC?JFET器件的開關系列型高壓DAB-IBDCs。良好的材料特性，SiC-JFET和由此產生的高工作頻率形成了一個緊湊和低損耗系統。文獻[108]分析了基于增強模GaN-硅上晶體管的DAB-IBDC的性能。分析表明，GaN器件在一次橋上的性能優于Si器件，在二次橋上，GaN器件的性能與Si器件基本相同。在文獻[109]中討論了基于SiC器件的DAB-IBDC的高頻設計考慮。樣品器件為1200-V/20-A SiC MOSFET與CREE公司生產的10-AJBS二極管共包裝。文獻[110]分析了基于SiC-雙擴散金屬氧化物半導體（DMOS）和碳化硅-肖特基的DAB-IBDC的應用性能特點及基本設計程序由ROHM公司提供的勢壘二極管樣品。文獻[111]對基于all-Si的和基于all-SiC 用于HFL PCS的電力裝置DAB-IBDC進行了實驗比較。在此基礎上，文獻[99]提出了基于高效率和高密度SiC的DAB-IBDC優化設計方法。分析表明，基于SiC的DAB-IBDC具有令人滿意的性能，有望應用于下一代HFL PCS。

事實上，文獻[112]調查了PWM變換器關鍵元件的最新材料開發，并將采用三類元件的風冷DAB-IBDC的功率密度進行比較，即最先進的組件、可用的先進組件和未來的組件。三個DAB-IBDCs中使用的主要成分列于表 5。根據文獻[112]中的分析，具有未來組件的DAB-IBDC可以使現有先進組件的DAB-IBDC的功率密度加倍。此外，文獻[30]中的損耗分析闡明，到2015年，具有成熟SiC功率器件的DAB-IBDC的效率可能達到99%。

表 5?文獻[112]三個DAB-IBDCS的組成部分

事實上，在寬禁帶半導體材料中，SiC和GaN已經從材料進入器件研究階段。與GaN相比，SiC具有更高的熱導率，容易形成單晶生產和價格較低，因此SiC功率器件在高溫和大功率應用中具有更多的優勢，這可能更有利于大功率DAB-IBDC的應用[99]。

近年來，在Si襯底上發展GaN正成為一種趨勢，研究表明，在Si上生長的GaN異質結構在非常高壓的應用中具有巨大的潛力，而一旦Si被應用于此襯底已被去除，Si襯底的去除可以與器件的封裝集成，從而降低成本，提高性能[113]。

D 硬件結構

硬件結構對DAB-IBDC的功率密度有影響。到目前為止，DAB-IBDC原型機的冷卻方法主要是風冷，硬件結構通常有三種：平板與集成、立體與集成、模塊化與即插即用，例如文獻[110]和[111]中的原型和文獻[112]中的第一個原型是平面和集成結構，文獻[112]中的第二和第三個原型和文獻[55]中的原型是立體和集成結構，文獻[99]和[103]中的原型是模塊化和即插即用結構。圖16提供了不同原型的照片。

事實上，平面結構與立體結構通常取決于特定的冷卻條件，這也進一步關系到具體的應用情況。但與集成結構相比，模塊化結構可以提供即插即用的能力和可能的高層容錯能力。因此，建議采用模塊化和即插即用結構，以提高DAB-IBDC的功率密度、靈活性和可靠性，適用于HFL PCS。

圖 16?DAB-IBDC原型（a）扁平和一體化結構（b）模塊化和即插即用結構

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的双主动桥隔离双向DC-DC变换器（五）硬件设计和优化的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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