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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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Maximin BLANC : Ingénieur de recherche - SIREPE, GreEn-ER, 21 avenue des Martyrs, Grenoble, France
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Yves LEMBEYE : Professeur des Universités - Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP (Institute of Engineering Univ. Grenoble Alpes), G2Elab, Grenoble, France
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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.
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4. Extensions du DAB
4.1 Dual Active Bridge à résonance
4.1.1 Présentation de la structure
Ce convertisseur est composé de deux ponts complets, dans sa version la plus modulable, interfacé par un réseau AC HF muni d’un transformateur pour l’isolation galvanique et l’adaptation du niveau de tension, ainsi qu’une impédance L-C série choisie avec soin pour que sa résonance propre ω r soit proche de la pulsation de découpage ω = 2πf. Dans notre cas, nous souhaitons avoir un fonctionnement en ZVS, il faut donc a minima choisir ω r < ω de sorte que le circuit impédant ait un comportement inductif (courant en retard sur la tension), même si cette condition n’est pas suffisante pour assurer des commutations douces. Dans le cas de fortes dynamiques de tensions, l’utilisation appropriée des paramètres de réglage (D 1, D 2, φ) permet d’étendre le fonctionnement en ZVS , même si celles-ci sont un frein majeur avec le DAB à résonance. En d’autres termes, la résonance semble plus appropriée lorsque les réseaux DC sont fixes. Les figures 25 et 26 présentent...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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(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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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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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SGE : Symposium de Génie Électrique. Manifestation bisannuelle et francophone
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