通過配合雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器與蓄電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能電源系統(tǒng)

只需1臺便可實(shí)現(xiàn)充放電(雙向)動(dòng)作，且由于其為絕緣型，因此可實(shí)現(xiàn)高效率的電力轉(zhuǎn)換

通過ICT技術(shù)等優(yōu)化電力供應(yīng)平衡的智能電網(wǎng)實(shí)證實(shí)驗(yàn)于各地開展，未來將作為新一代電力基礎(chǔ)設(shè)施。除此之外，還在開展ZEB（凈零能耗建筑）措施，通過使用太陽能或風(fēng)力等可再生能源實(shí)現(xiàn)辦公樓等年度零能源收支。在此類系統(tǒng)中，用于儲存剩余電力的蓄電池以及通過高效運(yùn)用儲存電力以解決電力高峰問題的技術(shù)將會(huì)愈發(fā)重要。

為此，電源系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的電力節(jié)省。由于電子設(shè)備為直流驅(qū)動(dòng)，因此商用交流需要通過電力轉(zhuǎn)換成為直流后進(jìn)行運(yùn)用。但在電力轉(zhuǎn)換過程中會(huì)因半導(dǎo)體器件發(fā)熱而產(chǎn)生損失，因此盡可能減少轉(zhuǎn)換次數(shù)將有助于節(jié)約電力。為此，在智能電網(wǎng)或ZEB等中構(gòu)建了通過供應(yīng)直流電力來取代以往商用電流的HVDC(高電壓直流)總線，而通過HVDC總線運(yùn)行電氣電子設(shè)備，亦或?qū)π铍姵剡M(jìn)行充電的直流供電系統(tǒng)備受矚目。

TDK絕緣型雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器EZA系列（TDK-Lambda品牌產(chǎn)品）是在直流供電系統(tǒng)中作為電力轉(zhuǎn)換平臺的電源，且在HVDC總線與蓄電池之間通過1臺裝置進(jìn)行直流電力的雙向操作。通過低損耗磁性材料、最新的開關(guān)器件，配合投入先進(jìn)的數(shù)字控制電源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了極高效率的雙向轉(zhuǎn)換。除了最大輸出電力為2.5kW的傳統(tǒng)型號EZA2500之外，還增加了在相同1U全支架尺寸中最大輸出達(dá)到11kW的EZA11K產(chǎn)品。在運(yùn)用可再生能源的辦公樓、商業(yè)設(shè)施及公共設(shè)施中，通過聯(lián)動(dòng)蓄電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)直流供電、耗電量均衡化以及停電時(shí)備份等擁有各類功能，且擁有靈活高擴(kuò)展性特點(diǎn)的電源系統(tǒng)。

HVDC總線與蓄電系統(tǒng)間無縫切換充放電

直流供電系統(tǒng)中構(gòu)建300～400V左右的HVDC總線，為直流輸入電氣電子設(shè)備供應(yīng)電力。太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等輸出電力為直流，其還擁有通過聯(lián)動(dòng)HVDC總線可簡單擴(kuò)展系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)電產(chǎn)生的電力通過DC-DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓后供應(yīng)給HVDC總線，同時(shí)剩余電力將儲存于運(yùn)用鋰離子電池等二次電池的蓄電系統(tǒng)中。在該HVDC總線與蓄電系統(tǒng)之間進(jìn)行電力交換的電源為雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器。
在以往，如果需要此類電源時(shí)只能通過全新開發(fā)，或切換使用充電用與放電用的2個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器。而TDK的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器EZA系列是通過1臺DC-DC轉(zhuǎn)換器便可實(shí)現(xiàn)充電及放電電力轉(zhuǎn)換的最尖端電源。

太陽能及風(fēng)力發(fā)電所產(chǎn)生的電力會(huì)因日照及風(fēng)速等而發(fā)生變化，因此直流供電系統(tǒng)中HVDC總線電壓的穩(wěn)定化成為了重要課題。為了穩(wěn)定電壓，不僅需要對蓄電池進(jìn)行高度的充放電控制，同時(shí)還需要不斷地切換充放電。TDK的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器EZA系列即使在高效及頻繁的切換工作中也能實(shí)現(xiàn)不間斷的無縫電力轉(zhuǎn)換，在穩(wěn)定HVDC總線電壓方面表現(xiàn)優(yōu)異。

圖1所示為TDK雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器EZA系列用于產(chǎn)業(yè)及商業(yè)中的中小規(guī)模蓄電系統(tǒng)中的運(yùn)用模型。

圖1雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器在中小規(guī)模蓄電系統(tǒng)(產(chǎn)業(yè)用、商業(yè)用)中的運(yùn)行模型

通過數(shù)字控制電源技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多功能化以及靈活的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器EZA系列中采用了TDK所積累的數(shù)字控制電源技術(shù)。
當(dāng)前主流的開關(guān)方式電源通過反饋監(jiān)控輸出電壓信息，控制(PWM:脈寬控制)開關(guān)器件ON/OFF期間(占空比)來得到穩(wěn)定的輸出電壓。在以往的模擬控制電源中，用于控制該ON/OFF期間的信號是通過模擬電路進(jìn)行處理的。而通過基于A-D轉(zhuǎn)換器、DSP(數(shù)模處理器)以及軟件的數(shù)字信號處理電路實(shí)現(xiàn)該信號處理的則是數(shù)字控制電源(圖2)。

圖2數(shù)字控制雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路方框圖與特點(diǎn)

雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器EZA系列通過運(yùn)用該數(shù)字控制技術(shù)，不僅可實(shí)現(xiàn)小型、高效化，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了多功能化。例如，工作模式擁有2種類型，一種是通過來自PC或PLC(可編程邏輯控制器)等上級控制器的指令切換充放電動(dòng)作的"他律運(yùn)行模式"。另一種則是相對于HVDC總線電壓變動(dòng)自行決定充放電動(dòng)作的"自律運(yùn)行模式"。HVDC總線電壓由此來維持穩(wěn)定。
此外，由于標(biāo)配有串行通信接口RS485，因此即使在工作過程中也可實(shí)時(shí)變更電壓及電流設(shè)置值以及變更工作模式，同時(shí)還可對輸入輸出的電壓及電流值進(jìn)行監(jiān)控。

雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器EZA系列的最大特點(diǎn)在于，其不僅能夠在蓄電系統(tǒng)及HVDC總線之間進(jìn)行充放電控制，還可同時(shí)對變頻器、BMU(電池管理單元)及EDLC(雙電層電容器)等進(jìn)行協(xié)調(diào)，并根據(jù)客戶用途靈活構(gòu)建系統(tǒng)。即使是復(fù)雜的控制，也無需開發(fā)新專用電源，只需通過數(shù)字控制技術(shù)，改寫控制參數(shù)便可簡單實(shí)現(xiàn)。

雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器在產(chǎn)業(yè)設(shè)備再生能源的使用中也發(fā)揮著重要作用

由于電源輸出電力越大效率也會(huì)越高，因此數(shù)字控制電源還作為xEV(電動(dòng)車)電源使用。同時(shí)，隨著智能電網(wǎng)的普及，將有助于在智能住宅蓄電單元與xEV搭載電池之間互通電力，同時(shí)還可與系統(tǒng)電力聯(lián)動(dòng)，為消除耗電高峰及轉(zhuǎn)移高峰做出貢獻(xiàn)。在此類領(lǐng)域中，雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器將能進(jìn)一步擴(kuò)展其作用空間。

不僅如此，其還可用于起重機(jī)、電梯、自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車、叉車等使用馬達(dá)的各類產(chǎn)業(yè)設(shè)備中。此類產(chǎn)業(yè)設(shè)備會(huì)頻繁反復(fù)啟停。因此，通過雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器將馬達(dá)制動(dòng)時(shí)的再生能源儲存到蓄電池中，并在啟動(dòng)馬達(dá)等需要大扭矩的情況下供應(yīng)儲存電力作為輔助，便可毫不浪費(fèi)地實(shí)現(xiàn)能源再利用，從而達(dá)到節(jié)約電力的效果。此外，在停電等緊急情況中，還可從電池中向設(shè)備供應(yīng)預(yù)備功能電力(圖3)。

圖3通過雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器EZA系列使用產(chǎn)業(yè)用馬達(dá)再生能源的使用模型

節(jié)能、省電是產(chǎn)業(yè)社會(huì)最重要的課題，電力電子所承擔(dān)的作用也將越來越大。而TDK的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器EZA系列則是結(jié)合了以鐵氧體為代表的材料技術(shù)、變壓器技術(shù)、電路技術(shù)、評估技術(shù)等長年積累的核心技術(shù)而開發(fā)的產(chǎn)品。它是面向IoT時(shí)代而開發(fā)的智能、高性能電源。

雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器EZA系列

【主要特點(diǎn)】

安全性較高，且對噪音對策有利的輸入輸出絕緣型

通過基于數(shù)字控制的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)雙向的高效率轉(zhuǎn)換

由于輸入輸出電壓恒定，因此可進(jìn)行自律運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換方向的自動(dòng)切換

無需停止轉(zhuǎn)換器便可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換方向的高速切換

可通過串行通信(RS485)實(shí)現(xiàn)電流、電壓、轉(zhuǎn)換方向的控制以及狀態(tài)監(jiān)控

1U全支架尺寸的小型、空間節(jié)約型

【主要用途】

對蓄電器件(連接于HVDC總線的鋰離子電池、鉛蓄電池等)進(jìn)行充放電控制

運(yùn)用使用馬達(dá)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備（起重機(jī)、電梯、機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車、叉車等）的再生能源

主要規(guī)格、電氣特性

產(chǎn)品外觀：
EZA2500(上)、
EZA11K(下)

審核編輯：彭菁