Convertidor DC-DC bidireccional, 12V - 300V, 1 kW?

¿Qué topología de convertidor CC-CC recomendaría para un dispositivo que admita un flujo de energía bidireccional de hasta 1 kW con 300 V CC en el lado alto y 10-15 V CC en el lado bajo? Quiero usarlo para conectar un motor/generador de 300 V CC a una batería de plomo-ácido de 12 V CC.

En particular, necesito un dispositivo capaz de mantener el voltaje del lado alto de acuerdo con un punto de ajuste dado, independientemente de la dirección del flujo de energía.

La función de conversión de energía de alta tensión y baja corriente a baja tensión y alta corriente para que sea bidireccional es muy compleja, pero elegiría medio puente cuádruple de 4 fases no superpuesto con estrangulador común y fases conectadas de 4 estrellas con conmutación suave ZVRT a IGBT.
Como dice Joe: factible pero potencialmente complejo. Comenzaría tendiendo a hacer trampa con dos convertidores y luego compararía el costo y la complejidad con un verdadero convertidor bidireccional.
Entonces, ¿cree que sería factible obtener dos convertidores CC-CC estándar, uno reductor y uno elevador y conectarlos en paralelo con algunos interruptores? ¿De modo que al controlar esos interruptores uno podría alternar entre los modos de reducción y aumento y, por lo tanto, adaptarse a la dirección cambiante del flujo de energía? @Joe, ¿puede proporcionar más información sobre su propuesta?
Solo que 4 fases conmutan 1 fase a la vez con 1-2-1-2 número rotativo de fases activas 3/8 del tiempo y no más de 2 activas en un núcleo común hecho de ferrita toroidal. También se necesita un reactor en serie para suavizar y almacenar energía actual mientras cada fase es discontinua. He visto esto hecho en un cargador bidireccional de 10kW. Cada controlador es una preferencia de medio puente buck-boost. IGBT. Conmutación por uC o contador octal johnson con gating para 4 fases.

Respuestas (2)

Chill es solo 1Kw, por lo que a 300 voltios, la corriente promedio es de aproximadamente 3,3 amperios. Entonces, podría hacer su nivelación de potencia al nivel de 300 voltios. Hay muchas opciones, así que tal vez BUCK BOOST o SEPIC con la bobina acoplada 1: 1. Hice un SEPIC para 1KW en Veroboard haciendo 250 VOLTIOS a 4 amperios. Usé un planar E65 con cable de teflón bifilar de 6 amperios y usé chatarra de pcb como espaciador para hacer el espacio de aire. Usé un mosfet SiC de 1200 voltios y 80 mohm y obtuve una eficiencia del 95% de la red eléctrica rectificada. Entonces, si lo ejecuta al revés, obtendrá un Zeta con la misma eficiencia esperada. Ahora que puedes ver lo fácil que es el alto voltaje, luego puede transformar esto en su bajo voltaje aislado con un oscilador ROYER aislado ZVs que tiene un rectificador síncrono para admitir el flujo de energía bidireccional. Usé shottkys de 150 voltios en la salida porque no necesitaba un flujo de energía bilateral. Claramente, hay muchas formas de hacer esto, pero he indicado la forma que se acerca a lo que realmente he hecho.

Un poco de formato y puntuación haría que este muro de texto fuera mucho más legible.
Intentaré escribir mejor la próxima vez, lo siento.
O simplemente puede presionar editar y arreglarlo. Tal vez incluso obtenga algunos votos positivos una vez que la gente pueda leerlo...
Intentaré arreglarlo, mi nombre de pantalla no es del todo inexacto.

La topología del convertidor básico de una sola etapa no es realista para este caso. La relación de impulso es demasiado grande, lo que da como resultado una utilización muy ineficiente del interruptor de alimentación.

Necesitará una topología aislada aquí. Recomendaría una topología trifásica aislada derivada de buck como se muestra en esta figura. Es capaz de conmutación suave debido a las inductancias de fuga del transformador. Se puede hacer bidireccional reemplazando los diodos del puente rectificador con interruptores controlables.

También es una topología muy compleja y se recomienda una simulación adecuada y un trabajo de diseño sólido. He participado en la prueba de esta topología de convertidor (para un convertidor de pila de combustible). Los voltajes de entrada/salida fueron 30V y 400V. Logramos una eficiencia de ~95 %, lo cual es excelente para este tipo de requisito de relación de voltaje. No era un producto comercial, solo un prototipo.

Si bien la figura parece simple, las tres fases interactúan entre sí.

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Alternativa

Dos puentes H aislados que operan en ZVT debido a una fuga del transformador. Esta podría ser la topología más simple.

Convertidor DC-DC bidireccional, 12V - 300V, 1 kW?
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