УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ДВУНАПРАВЛЕННЫЙ DC-AC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Аннотация
Представлено схемное решение и описание работы двунаправленного DC-AC преоб-
разователя с трансформаторной изоляцией. В основе схемы лежат принципы, применяе-
мые в резонансных LLC преобразователях и двойных активных мостах (DAB, Dual Active
Bridge), но в предлагаемой конструкции используется биполярное построение инвертора со
стороны переменного напряжения, а также совмещенное частотное и широтно-
импульсное управление. Это дает возможность реализовать ряд функций в одном преоб-
разователе, используя небольшое число коммутаций в силовой цепи. Так, возможна работа
в режиме источника бесперебойного питания (преобразование постоянного напряжения
АКБ в переменное 220 В 50 Гц); инвертора связи с сетью альтернативных источников
(солнечных панелей); зарядного устройства (работающего как от сети, так и от солнеч-
ных панелей); сварочного инвертора для полуавтоматической сварки (причем сварку мож-
но осуществлять как от сети, так и от АКБ); стабилизатора переменного напряжения;
преобразователя постоянного напряжения (для «прикуривания» АКБ с разными напряже-
ниями или степенью заряженности). Устройство с перечисленным набором функций мо-
жет найти применение, например, в полевых условиях – для организации электропитания
различных нагрузок, зарядки аккумуляторов, а также проведения мелких сварочных работ. Схемное решение преобразователя позволяет при применении соответствующих алгорит-
мов управления работать с близким к единице коэффициентом мощности на стороне пе-
ременного напряжения. Это дает возможность обеспечить работу в «слабой» сети – от
автономного генератора, при большой длине сетевого шнура и т.д.
Литература
innovations/battery-technology/.
2. Welding inverter with built-in battery AccuMax 150. Available at: https://www.castolin.com/
ru-RU/product/accumax-150.
3. Fronius AccuPocket 150 Battery-Powered Stick Welding Machine. Available at:
https://shopweldingsupplies.com/products/froniusaccupocket-battery-powered-150-stickwelding-
machine#shopifyproduct-reviews.
4. Aniket Dhere, Barkha Shete, Tanay Patil, Aranake V.M. Bidirectional AC-DC Power
Converter, VJER-Vishwakarma Journal of Engineering Research, December 2018, Vol. 2,
Issue 4.
5. Weilun Warren Chen. Bidirectional Three-Phase AC-DC Power Conversion Using DC-DC
Converters And A Three-Phase Unfolder: A PhD. In Electrical Engineering diss. Logan, Utah
State University, 2017. DOI: https://doi.org/10.26076/64f2-457f.
6. Balaji Veerasamy. Bidirectional AC/DC Converter with Improved Power Factor and Reduced
DC Ripple for Battery and Photovoltaic Applications: Doctoral Thesis, Nagoya Institute of
Technology. – 2015.
7. Arau J., et al. A Novel Uninterruptible Power Supply System With Active Power Factor
Correction, in IEEE Transactions on Power Electronics, May 2002, Vol.17, No. 3, pp. 405-412.
DOI: 10.1109/TPEL.2002.1004248.
8. Burlaka V.V., Podnebennaya S.K., and Gulakov S.V. Residential Uninterruptible Power Supply
System with Renewable Energy Sources and Battery Pack, in Proc. IEEE 3rd International
Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 2018, pp. 125-128. DOI:
10.1109/IEPS.2018.8559498.
9. Burlaka V., Gulakov S., Podnebennaya S., Kudinova E., Savenko O. Bidirectional single stage
isolated DC-AC converter, In proceedings of 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology
(KhPI Week), Kharkiv, 05-10 October 2020. Kharkiv: National Technical University “Kharkiv
Polytechnic Institute”, 2020, pp. 343-346. DOI: 10.1109/KhPIWeek51551.2020.9250107
10. Burlaka V., Gulakov S., Podnebennaya S., Kudinova E., Plakhtii O., Nerubatskyi V. An
Universal Bidirectional Three-Port DC/DC/AC Converter With Isolated AC Port, In
proceedings of 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering
(UKRCON), Lviv, 26-28 August 2021. IEEE Catalog Number: CFP21K03-USB, pp. 367-372.
DOI: 10.1109/UKRCON53503.2021.9575381.
11. Abdel-Rahim O. and Abdelhameed E. Ultimate transformerless boost DC-DC converter for
renewable energy applications, SVU-International Journal of Engineering Sciences and
Applications, 2021, Vol. 2, No. 2, pp. 63-69.
12. Subramaniam U., Vavilapalli S., Padmanaban S., Blaabjerg F., Holm-Nielsen J.B., and
Almakhles D. A hybrid PV-battery system for ON-grid and OFF-grid applications-controllerinloop
simulation validation, Energies, 2020, Vol. 13, No. 3, p. 755. DOI:
https://doi.org/10.3390/en13030755.
13. Omar M.A. and Mahmoud M.M. Design and simulation of a PV system operating in gridconnected
and stand-alone modes for areas of daily grid blackouts, International Journal of
Photoenergy, 2019, Vol. 2019, Article ID 5216583, 9 p. DOI: https://doi.org/10.1155/
2019/5216583.
14. Jadhav S., Devdas N., Nisar S., and Bajpai V. Bidirectional DC-DC converter in solar PV
system for battery charging application, in Proceedings of the 2018 International Conference
on Smart City and Emerging Technology (ICSCET), IEEE, Mumbai, India, 2018, January,
pp. 1-4. DOI: 10.1109/ICSCET.2018.8537391.
15. Baharudin N.H., Mansur T.M.N.T., Hamid F.A., Ali R., and Misrun M.I. Topologies of DC-DC
converter in solar PV applications, Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer
Science, 2017, Vol. 8, No. 2, p. 36. DOI: http://doi.org/10.11591/ijeecs.v8.i2.pp368-374.
16. Burlaka V., Gulakov S. and Podnebennaya S. Low-Cost Transformerless Grid-Tie Inverter For
Photovoltaic System, 2019 IEEE 6th International Conference on Energy Smart Systems
(ESS). Kyiv, Ukraine, 2019, pp. 334-338. DOI: 10.1109/ESS.2019.8764200.
17. Gowtham Raj T. and Saranya S.K. Harmonic reduction using L-Z source inverter and voltage
source inverter for distributed generation system, Journal of Chemical and Pharmaceutical
Sciences, 2018, No. 1, pp. 280-283.
18. Patel N., Kumar A. and Gupta N. Three-Phase Single-Stage VSC Controlled Solar
Photovoltaic System with Harmonic Filtering Capability Applied to DG, 2019 IEEE 2nd
International Conference on Power and Energy Applications (ICPEA). Singapore, 2019, pp.
238-242. DOI: 10.1109/ICPEA.2019.8818509.
19. Behera M.P., Ray P.K. and Beng G.H. Single-phase grid-tied photovoltaic inverter to control
active and reactive power with battery energy storage device, 2016 IEEE Region 10 Conference
(TENCON). Singapore, 2016, pp. 1900-1904. DOI: 10.1109/TENCON.2016.7848352.
20. Tao Peng, Peng Yang, Hanbing Dan, Hui Wang, Hua Han, Jian Yang, Hao Wang, Hui Dong,
Patrick Wheeler. A Single-Phase Bidirectional AC/DC Converter for V2G Applications,
Energies, 2017, 10, 881. DOI: 10.3390/en10070881.
21. Liwen Pan, Chengning Zhang. An Integrated Multifunctional Bidirectional AC/DC and
DC/DC Converter for Electric Vehicles Applications, Energies, 2016, 9, 493. DOI:
10.3390/en9070493.
22. Turchi J., Dalal D., Wang P., Jenck L. Power Factor Correction (PFC). Handbook. Rev. 5.
Semiconductor, Apr. 2014. Doc. HBD853/D.
23. Rashid M.H. Power Electronics. Handbook. 4th ed. Elsevier, 2018, 1510 p.
