峰值效率97%！高性能双向DC/DC双有源桥数字电源方案上市！

发布时间：2025-05-30 阅读量：2497 来源: 我爱方案网作者: bebop

双向数字电源是一种能够在两个方向上进行能量转换的电源系统，既可以将直流电（DC）转换为交流电（AC），也可以反向操作，将交流电转换为直流电。其核心在于通过先进的控制算法和高效的功率变换电路实现能量的双向流动。

随着绿色能源、储能应用等领域的飞速发展，双向数字电源已成为现代电力电子技术领域的一个热门话题。这种电源不仅具备高效、节能的特点，还在智能电网、可再生能源及电动汽车等领域展现出广泛的应用前景。

在大功率应用中，我们必须避免需要缓冲电路来耗散泄漏能量的电路。此外，为了保持高效率，软开关是必须的。双有源桥式转换器(DAB)是唯一一种能够满足这两种要求的拓扑结构。

我爱方案网配合原厂发展方案商生态，推荐基于小华HC32F334数字电源控制器的双向DC/DC双有源桥(DAB,Dual Active Bridge)参考设计，方案具有响应速度快，系统效率高等优点，且在全负载范围内实现所有开关管软开关，最高效率高达96.8%。

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随着新能源需求的增加，大功率双向直流变换器受到越来越多的关注，双有源桥以其卓越的双向性能在新能源汽车、电力电子变压器、可再生能源发电等场合有着重要的应用。小华半导体基于HC32F334控制器推出了双有源桥DAB应用方案，其主要规格参数如下表所示：

表1 DAB方案规格参数

传统的DAB调制策略为单移相控制(SPS)，仅通过调节两侧H桥输出交流方波之间的移相角来控制功率的流动。SPS控制操作简单，并且能够实现重载状态下所有开关管的零电压开通，当电压传输比为1时，可以实现全功率范围内的ZVS。但当DAB的电压传输比不等于1时，在轻载状态下部分开关管将会失去ZVS特性，且SPS控制下电流应力大，进一步导致系统效率降低。

本参考设计为了优化控制，采用三重移相控制(TPS)，引入了原边和副边的内移相这两个控制自由度，通过求得局部最优解实现所有开关管软开关特性以及最小电流应力，提高了系统效率。小华HC32F334数字电源控制器有丰富的模拟资源和HRPWM灵活发波模块，完全自主开发设计，支持12路130ps高精度HRPWM，特别支持相位寄存器高精度，很好的支持DAB移相控制的实现。

双有源桥DAB的拓扑结构和基于HC32F334的方案框图如图1.1所示。

图1.1 小华DAB方案控制框图

该方案主要实验结果如下所示。

图1.2 DAB参考设计实验结果

方案的主要优势与特点概要总结如下表2所示。

表2 DAB方案优势与特点

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方案采用互感器检测正、负向电流实现整流管OCP保护以及续流管负电流关断，同时实现交错控制。图5为满载电流交错以及主管实现ZVS的情况。图6为参考方案的THD、PF值以及效率曲线。参考方案的THD与PF值指标满足更加严格的M_CRPS标准。

图 5 Vin>Vout/2下的ZVS实现以及电感电流交错波形

图 6 额定220V输入下THD曲线(左轴)和PF值(右轴)以及不同输入下的效率曲线

方案特色：

• 输入电压：AC 176-264V

• 输出电压：DC 420V

• 功率：1600W

• 峰值效率：98.5%

• 频率范围：22.2kHz-300kHz

• PFC功率因素：峰值0.999

• THDI：2.5%@220V

小华HC32F334 3kW 两相交错全桥LLC方案（参考设计）

方案简介：

交错式LLC电源拓扑能大幅度降低LLC输出电流纹波，可以减少输出侧滤波电容，从而减少系统体积；扩大单相LLC变换器的输出功率容量，相比直接并联，多相交错后相间易于均流；轻负载时还可以以单相全桥模式工作。所以已经广泛应用在中大功率工业领域。小华HC32F334专用数字电源控制器结合了交错LLC的发波时序和保护需求，完全自主开发设计，支持12路130ps高精度HRPWM。

方案特色：

输入电压：DC 380-420V

输出电压：DC 48V

功率：3000W

峰值效率：97%

谐振频率：132K

两相均流度：＞95%

输出纹波：＜1%

应用场景：

AC/DC、DC/DC数字电源应用，如通信与服务器电源、砖块电源、微逆、充电桩DC/DC等。

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