Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article mène une étude détaillée du convertisseur Dual Active Bridge (DAB). Cette topologie de conversion DC/DC associe une source et une charge de nature capacitive au travers d’un élément inductif, point-clé du dimensionnement. L’analyse d’une commande à décalage de phase permet d’établir les contraintes sur les composants, en vue de leur dimensionnement. La présence de deux onduleurs en pont offre de nombreuses possibilités de commande qui seront étudiées pour améliorer le rendement. Des extensions sont présentées comme le DAB à résonance série dont le dimensionnement offre des particularités ou d’autres variantes pour la conversion directe AC/DC ou la connexion de trois réseaux DC.
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This article gives a detailed study of the Dual Active Bridge converter (DAB). This DC/DC convertor deals with capacitive supply-and-load connected through an inductive impedance which is the critical part. The analysis of the phase-shift control mode allows the understanding of constraints in order to size the different components. With two full bridges as inverters, the structure allows lots of control possibilities which will be studied to increase efficiency. Extensions of this converter are presented as well. One is the series resonant DAB providing a more specific sizing. Other alternatives are discussed to perform direct AC/DC conversion of three DC network interfacing solution.
Auteur(s)
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Maximin BLANC : Ingénieur de recherche - SIREPE, GreEn-ER, 21 avenue des Martyrs, Grenoble, France
-
Yves LEMBEYE : Professeur des Universités - Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP (Institute of Engineering Univ. Grenoble Alpes), G2Elab, Grenoble, France
-
Jean-Paul FERRIEUX : Professeur des Universités - Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP (Institute of Engineering Univ. Grenoble Alpes), G2Elab, Grenoble, France
INTRODUCTION
Cet article présente une étude détaillée du convertisseur Dual Active Bridge (DAB). Il s’agit, au sein de la conversion continu-continu, d’une topologie associant une source et une charge de nature capacitive. Elle possède de ce fait un élément inductif qui sera le point-clé du dimensionnement.
Cette structure connaît un regain d’intérêt de par les performances qu’elle peut atteindre, mais également grâce à sa bidirectionnalité. L’étude détaillée pour le mode de commande le plus simple, communément appelé phase-shift, permet de cerner toutes les caractéristiques principales et d’établir les contraintes sur les composants de puissance (actifs et passifs) en vue de leur dimensionnement.
La présence de deux onduleurs en pont offre de nombreuses possibilités de commande qui sont analysées en vue d’améliorer le rendement. À cette occasion, la méthode d’étude au premier harmonique est employée pour simplifier l’approche afin d’établir des tendances. À partir de celles-ci, une modélisation exacte est menée pour proposer une modulation optimale.
Les extensions de ce convertisseur sont ensuite présentées. En particulier, le convertisseur DAB à résonance série affiche des particularités liées à la résonance et deux méthodes de dimensionnement du circuit résonant sont proposées. Par ailleurs, des variantes sont discutées afin d’envisager, d’une part, la réalisation de convertisseurs directs alternatif-continu et, d’autre part, la connexion de trois réseaux continus, utile lorsqu’on désire associer un moyen de stockage.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles et des symboles utilisés.
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KEYWORDS
power electronics | DC-DC conversion
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Extensions du DAB
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3. Autres lois de commande
3.1 Objectif : amélioration du rendement, étude au premier harmonique
Ce paragraphe s’intéresse à une vision plus générale de la structure en exploitant les trois paramètres de réglage D 1, D 2 (rapports cycliques des ponts) et φ (déphasage des ponts précédemment défini). L’évolution libre de ces paramètres montre l’existence de 12 configurations différentes présentées dans . Pour un même point de fonctionnement, plusieurs configurations sont possibles. Cette étude vise à proposer une stratégie qui minimise les courants circulant dans le DAB. La dérivation de toutes les configurations n’est pas nécessaire et une étude au premier harmonique montre celles qui peuvent être écartées directement. La mise en équations s’appuie sur la décomposition en séries de Fourier dont on ne conserve que les fondamentaux (approximation de grandeurs sinusoïdales indiquées par le symbole ∼).
Les fondamentaux des tensions s’expriment par :
( 51 )
avec :
( 52 )
En reprenant le schéma du DAB simplifié, le fondamental du courant dans le domaine
est :
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BLANC (M.), LEMBEYE (Y.), FERRIEUX (J.-P.), RIZET (C.), MAHE (A.), BENSALAH (T.) - Optimization of a DC/DC Dual Active Bridge Converter for Aircraft Application. - EPE Journal (2018).
-
(2) - FERRIEUX (J.-P.), FOREST (F.) - Alimentation à découpage, convertisseurs à résonance, principes, composants, modélisation. - 3ème édition, Dunod (2006).
-
(3) - FREY (D.), SCHANEN (J.L.), FERRIEUX (J.P.), ROUDET (J.) - Conception des convertisseurs de puissance sous contrainte CEM. - N° D1331 (2016).
-
(4) - De DONCKER (R.W.), DIVAN (D.M.), KHERALUWALA (M.H.) - A three-phase soft-switched high-power-density DC/DC converter for high-power applications. - Ind. Appl. IEEE Trans. On, vol. 27, n° 1, p. 63-73 (1991).
-
(5) - KHERALUWALA (M.N.), GASCOIGNE (R.W.), DIVAN (D.M.), BAUMANN (E.D.) - Performance characterization of a high-power dual active bridge DC-to-DC converter. - IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 28, n° 6, p. 1294-1301 (1992).
- ...
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