Article

1 - PRÉSENTATION ET INTÉRÊTS DE LA STRUCTURE

2 - ÉTUDE DÉTAILLÉE DU DUAL ACTIVE BRIDGE

3 - AUTRES LOIS DE COMMANDE

4 - EXTENSIONS DU DAB

5 - CONCLUSIONS

6 - GLOSSAIRE

7 - SIGLES ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : E3975 v1

Dual Active Bridge (DAB) pour la conversion continu-continu

Auteur(s) : Maximin BLANC, Yves LEMBEYE, Jean-Paul FERRIEUX

Date de publication : 10 févr. 2019

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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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ABSTRACT

Dual Active Bridge dedicated to DC-DC conversion

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)

  • 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

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-e3975


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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).

  • ...

1 Outils logiciels

PSIM : Logiciel de simulation de type « circuit »

https://powersimtech.com/products/psim

MathCAD15 : Logiciel de calcul formel

https://www.ptc.com/en/products/mathcad

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2 Événements

SGE : Symposium de Génie Électrique. Manifestation bisannuelle et francophone

http://www.sge-conf.fr

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