Comparison of SPS, DPS and TPS in Dual active bridge converter

DC-DC converters are one of the most important parts of the DC systems. Their application in renewable energy sources, DC microgrids, and energy storage systems have made them an inevitable part of the industry. Amon DC-DC converters, the insulated ones have attracted a lot of attention to themselves because of their numerous benefits. The dual active bridge (DAB) converter is a DC-DC insulated converter which is known because of its bidirectionality, buck-boost mode of working, galvanic insulation, and high efficiency because of its soft switching. The modulation of the DAB converter is one of the most attractive area for the researches since the traditional single phase shift modulation has some major limitations such as a limited soft-switching region. Therefore, to overcome these limitations the dual phase shift and triple phase shift modulation have been introduced. Also, another aspect of studying converters is common mode voltages and the effect of converters on them. The common mode voltages are important since in many applications they may give rise to so many problems such as unwanted trips of the system. In this thesis after studying the three major phase shift modulation in details, a prototype in Simulink has been used to compare the three phase shift modulations in terms of efficiency, zero voltage switching region and common mode voltages. The effect of each modulation on each one of these variables will be study in details.

I convertitori DC-DC sono un componente molto importante nel settore dellìelettronica di potenza. La loro applicazione alle fonti di energia rinnovabile, alle microreti CC e ai sistemi di accumulo di energia li ha resi una parte fondamentale per il settore. Tra i convertitori CC-CC, quelli isolati hanno attirato molta attenzione per i loro numerosi vantaggi. Il convertitore dual active bridge (DAB) è un convertitore CC-CC isolato noto per la sua bidirezionalità, la modalità di funzionamento buck-boost, l'isolamento galvanico e l'elevata efficienza grazie.. La modulazione del convertitore DAB è una delle problematiche più attraenti per la ricerca poiché la tradizionale modulazione “single phase shift”presenta alcune limitazioni importanti come una regione di commutazione a tensione nulla limitata. Pertanto, per superare queste limitazioni sono state introdotte la modulazione a doppio sfasamento e triplo sfasamento. Inoltre, un altro aspetto dello studio dei convertitori sono le tensioni di modo comune e l'effetto dei convertitori su di esse. Le tensioni di modo comune sono importanti poiché in molte applicazioni possono dare origine a tanti problemi come scatti indesiderati del sistema di protezione. In questa tesi, dopo aver studiato in dettaglio le tre principali modulazioni a sfasamento, è stato modellato il sistema in Simulink per confrontare le tre tecniche di modulazione in termini di efficienza, regione di commutazione a tensione nulla e tensioni di modo comune. L'effetto di ogni modulazione su ognuna di queste variabili sarà studiato in dettaglio.