一、戶儲雙向DC-DC變換器工作原理概述

雙向DC-DC變換器能夠在不同直流電壓等級間雙向傳輸能量。在充電模式下，其將電網(wǎng)或光伏等電源的較高電壓轉(zhuǎn)換為適合電池充電的較低電壓，以存儲電能；放電模式時，則把電池的較低電壓提升至滿足負載需求或可回饋電網(wǎng)的較高電壓。以常見的Buck-Boost型雙向DC-DC變換器為例，在Buck降壓模式下，當功率開關（MOSFET）導通時，輸入電源通過電感向負載供電，電感電流增大，儲存能量；當開關斷開時，電感電流通過續(xù)流二極管（或同步整流管）繼續(xù)流向負載，釋放其儲存的能量，從而實現(xiàn)在開關關斷期間對負載的持續(xù)供能。而在Boost升壓模式中，當開關導通時，輸入電源對電感充電，電感儲存能量。開關斷開后電感與輸入電源共同作用提升輸出電壓。

圖1. 戶用儲能應用場景圖

二、功率電感在雙向DC-DC變換器中的作用

功率電感在雙向DC-DC變換器中充當能量存儲與傳遞的關鍵角色。在開關導通階段，電感電流逐漸增大，電能以磁能形式存儲于電感中；開關斷開時，電感電流減小，磁能又轉(zhuǎn)化為電能釋放，保障電路中電流的連續(xù)性，實現(xiàn)電壓的升降轉(zhuǎn)換。由于功率電感在雙向DC-DC變換器中主要工作于大紋波電流環(huán)境下，損耗較大，因此通過降低電感的DCR，提高工作頻率，可以實現(xiàn)對大紋波電流下?lián)p耗的控制。

三、功率電感對雙向DC-DC變換器的影響

1. 電感值（Inductance）

電感值大小直接影響變換器的電壓轉(zhuǎn)換比、電流紋波及動態(tài)響應速度。電感值較大時，電流紋波小，可使輸出電壓更平滑，利于提高變換器效率與穩(wěn)定性，但會導致變換器動態(tài)響應變慢，在負載突變時不能迅速調(diào)整輸出電壓。電感值過小時，雖動態(tài)響應快，但電流紋波大，增加功率器件損耗，降低變換器效率，甚至可能引發(fā)電路振蕩，影響系統(tǒng)正常工作。在實際設計中，需綜合考慮變換器工作模式、負載特性及性能指標要求，精準選擇電感值。

2. 飽和電流（Saturation Current）

當電感電流過大，磁芯磁通密度達到飽和值時，電感進入磁飽和狀態(tài)，電感值急劇下降。在雙向DC-DC變換器中，電感磁飽和會導致電流失控、紋波大幅增加，引發(fā)功率開關器件過流損壞，嚴重影響變換器正常運行。為避免磁飽和，需合理設計磁芯材料與尺寸，確保在變換器最大工作電流下電感不飽和，同時可采用增加氣隙等方法拓寬電感線性工作范圍，提高變換器可靠性。科達嘉自主研發(fā)了多個系列的磁粉芯大電流電感，采用具有專利配方的磁粉芯提升電感的飽和特性。

3. 直流電阻（DCR）

直流電阻是指電感器繞組線圈在直流條件下的內(nèi)阻。DCR越低，通入電流時產(chǎn)生的功耗越小，從而提高整體效率。

在選型時，應優(yōu)先選擇具有低DCR特性的產(chǎn)品，降低導通損耗，提高變換器效率。

4. 工作頻率（Operating Frequency）

提高雙向DC-DC變換器的開關頻率，可減小電感、電容等無源元件尺寸，提升變換器功率密度與動態(tài)響應速度。但電感在高頻工作時，寄生參數(shù)影響加劇，趨膚效應、鄰近效應導致電感損耗大幅增加，傳統(tǒng)磁性材料可能無法滿足需求，會加劇磁芯損耗帶來的發(fā)熱等問題。因此，選擇高頻應用的電感器產(chǎn)品是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。

5. 工作溫度（Operating Temperature）

戶儲系統(tǒng)工作環(huán)境復雜，功率電感需具備良好的物理特性與環(huán)境適應性。電感的尺寸與重量需滿足戶儲設備緊湊化設計要求；在高溫、潮濕等惡劣環(huán)境下，電感應具有穩(wěn)定的性能，磁芯材料不易受溫度、濕度影響，具備良好的散熱性能與防潮、防霉、防腐蝕能力。在選型時，應優(yōu)先選擇高工作溫度，直流偏置特性受溫度影響小的磁粉芯大電流產(chǎn)品。

四、科達嘉在戶儲雙向DC-DC變換器中的解決方案

科達嘉通過自主研發(fā)和技術創(chuàng)新，為戶儲雙向DC-DC變換器系統(tǒng)提供了多種適配的電感解決方案，助力綠色低碳發(fā)展。公司推出了大電流電感多個型號產(chǎn)品，提供不同的電氣特性及封裝設計，滿足該系統(tǒng)對電感器的高性能需求。其中，科達嘉自主研發(fā)的磁粉芯大電流電感具有高飽和電流、低損耗、高轉(zhuǎn)換效率、高工作溫度等特點，滿足戶儲雙向DC-DC變換器系統(tǒng)高工作電流、低損耗、高功率密度等需求。

圖2. 科達嘉大電流電感

功率電感作為戶儲雙向DC-DC 變換器的核心元件，在能量存儲與轉(zhuǎn)換、電流紋波抑制等方面發(fā)揮著不可替代的作用。其性能直接關乎變換器的效率、穩(wěn)定性與可靠性。隨著戶儲技術的不斷發(fā)展，對功率電感的性能要求日益嚴苛，高功率密度、高頻化、集成化成為其重要發(fā)展趨勢。面對這些趨勢帶來的挑戰(zhàn)，科達嘉電子從磁芯材料研發(fā)、結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化等方面深入研究，不斷提升功率電感性能，為戶儲雙向DC-DC變換器的性能提升與技術創(chuàng)新提供堅實支撐，助力戶用儲能系統(tǒng)在分布式能源領域?qū)崿F(xiàn)更廣泛、高效的應用。