1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2026-31-1-58-68MISDXC621.341.572Интегральные радиоэлектронные устройстваBidirectional isolated resonant DC-AC converterДвунаправленный изолированный резонансный DC-AC-преобразовательБурлака Владимир ВладимировичБурлакаВладимир ВладимировичBurlakaVladimir V.Vladimir V. BurlakaГулаков Сергей ВладимировичГулаковСергей ВладимировичGulakovSergey V.Sergey V. GulakovГоловин Андрей ЮрьевичГоловинАндрей ЮрьевичGolovinAndrey Yu.Andrey Yu. GolovinПриазовский государственный технический университет – филиал Национального исследовательского Московского государственного строительного университета, Россия, 287642, Донецкая Народная Республика, г. Мариуполь, ул. Университетская, 703032026Том. 31 №15868http://ivuz-e.ru/issues/Том 31 №1/dvunapravlennyy_izolirovannyy_rezonansnyy_dc_ac_preobrazovatel/http://ivuz-e.ru#

The development of uninterruptible power supply systems, battery chargers, grid-tie inverters for solar panels and other systems requires DC-AC conversion of electrical energy. For safety reasons, galvanic isolation of the input and output circuits of the converter is mandatory. Therefore, the development of DC-AC converters with required energetic and weight-and-dimensional characteristics is an actual issue. In this work, on the basis of a literature review of converter circuit designs used to solve the designated tasks, the ways to improve the efficiency of DC-AC converter circuits are identified, in particular transition away from double energy conversion in favor of direct conversion and the use of resonant circuits in the power circuit to reduce switching losses in the converter. A circuit topology is proposed, a control algorithm is described, and methods of power components parameter selection are given for a bidirectional resonant DC-AC converter suitable for building uninterruptible power supply systems, battery chargers, and other systems requiring DC-AC conversion with galvanic isolation. A distinctive feature of the proposed circuit is that the conversion is performed in a single stage, without an intermediate DC link with energy storage. This allows for improved weight-and-dimensional and cost characteristics of the final products. A mathematical description of the converter operation is presented, analytical expressions for equivalent parameters have been derived, and converter control capabilities in various operation modes are examined. The results of experimental testing of a prototype converter in DC-AC and AC-DC conversion modes are given, confirming its operability and the validity of the presented theoretical calculations.

Построение систем бесперебойного питания, зарядных уст-ройств, инверторов сопряжения с сетью солнечных панелей и других требует DC-AC-преобразования параметров электрической энергии. При этом в целях безопасности должна быть обеспечена гальваническая развязка входных и выходных цепей преобразователя. В связи с этим актeальной является задача разработки DC-AC-преобразователей, имеющих требуе-мые энергетические и массогабаритные характеристики. В работе на осно-вании обзора литературы по схемным решениям преобразователей опре-делены пути повышения эффективности схем DC-AC-преобразователей, в частности без двойного преобразования энергии в пользу непосредственного преобразования и использования резонансных цепей в силовой цепи для снижения динамических потерь в устройстве. Предложено схемное решение, описан алгоритм управления и приведены методики выбора параметров силовых компонентов двунаправленного резонансного DC-AC-преобразователя для построения систем бесперебойного питания, зарядных устройств и других систем, в которых требуется <br /> DC-AC-преобразование с гальванической изоляцией. Отличительная особенность предложенной схемы заключается в том, что преобразование выполняется в одну ступень без промежуточного накопителя энергии. Это позволяет улучшить массогабаритные и экономические характеристики конечных изделий. Представлено математическое описание работы преобразователя, получены аналитические выражения для эквивалентных параметров, рассмотрены возможности управления в разных режимах. Приведены результаты экспериментального опробования макетного образца преобразователя в режимах DC-AC- и AC-DC-преобразования, подтвердившие его работоспособность и корректность представленных теоретических выкладок.<br />

непосредственный преобразовательрезонансный преобразовательдвунаправленный преобразовательLLC-преобразовательисточник бесперебойного питанияизолированный преобразовательчастотное управлениеширотно-импульсная модуляцияdirect converterresonant converterbidirectional converterLLC converteruninterruptible power supplyisolated converterfrequency controlpulse-width modulationработа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России (Соглашение № 075-03-2024-177).the work has been supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Agreement no. 075-03-2024-177). Mouli G. R. C., Schijffelen J., Heuvel M. van den, Kardolus M., Bauer P. A 10 kW solar-powered bidirectional EV charger compatible with Chademo and COMBO. IEEE Trans. Power Electron. 2019;34(2):1082–1098. https://doi.org/10.1109/TPEL.2018.2829211Khan S. A., Islam M. R., Guo Y., Zhu J. A new isolated multi-port converter with multi-directional power flow capabilities for smart electric vehicle charging stations. IEEE Trans. Appl. Supercond. 2019;29(2):1–4. https://doi.org/10.1109/TASC.2019.2895526Zhang B., Xie S., Wang X., Xu J. Modulation method and control strategy for full-bridge-based Swiss rectifier to achieve ZVS operation and suppress low-order harmonics of injected current. IEEE Trans. Power Electron. 2019;35(6):6512–6522. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2951795Zahid Z. U., Dalala Z. M., Chen R., Chen B., Lai J.-S. Design of bidirectional DC-DC resonant converter for vehicle-to-grid (V2G) applications. IEEE Trans. Transp. Electrif. 2015;1(3):232–244. https://doi.org/10.1109/TTE.2015.2476035Yan Y., Bai H., Foote A., Wang W. Securing full-power-range zero-voltage switching in both steady-state and transient operations for a dual-active-bridge-based bidirectional electric vehicle charger. IEEE Trans. Power Electron. 2019;35(7):7506–7519. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2955896Twiname R. P., Thrimawithana D. J., Madawala U. K., Baguley C. A. A dual-active bridge topology with a tuned CLC network. IEEE Trans. Power Electron. 2014;30(12):6543–6550. https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2384511Lim C.-Y., Jeong Y., Moon G.-W. Phase-shifted full-bridge DC-DC converter with high efficiency and high power density using center-tapped clamp circuit for battery charging in electric vehicles. IEEE Trans. Power Electron. 2019;34(11):10945–10959. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2899960Bhattacharjee A. K., Batarseh I. An interleaved boost and dual active bridge-based single-stage three-port DC–DC–AC converter with Sine PWM modulation. IEEE Trans. Ind. Electron. 2020;68(6):4790–4800. https://doi.org/10.1109/TIE.2020.2992956Bhattacharjee A. K., Batarseh I. Sinusoidally modulated AC-link microinverter based on dual-active-bridge topology. IEEE Trans. Ind. Appl. 2020;56(1):422–435. https://doi.org/10.1109/TIA.2019.2943119Nayak P., Pramanick S. K., Rajashekara K. A soft-switched PWM technique for a single stage isolated DC-AC converter with synchronous rectification. In: 2018 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). Portland, OR: IEEE; 2018, pp. 6733–6738. https://doi.org/10.1109/ECCE.2018.8557670Weise N. D., Castelino G., Basu K., Mohan N. A single-stage dual-active-bridge-based soft switched AC–DC converter with open-loop power factor correction and other advanced features. IEEE Transactions Power Electron. 2014;29(8):4007–4016. https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2293112Burlaka V., Gulakov S., Podnebennaya S., Kudinova E., Savenko O. Bidirectional single stage isolated DC-AC converter. In: 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). Kharkiv: IEEE; 2020, pp. 343–346. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek51551.2020.9250107Burlaka 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: 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). Lviv: IEEE; 2021, pp. 367–372. https://doi.org/10.1109/UKRCON53503.2021.9575381