Analysis of dual active bridge converter

The evolution of power electronics has ushered in a new era of efficient and versatile energy conversion systems. Among these, the Dual Active Bridge (DAB) converter stands as a formidable candidate, offering unparalleled control over voltage and current waveforms while facilitating seamless energy transfer. The primary objective of this thesis is to conduct an in-depth theoretical analysis of the operational principles, mathematical foundations, design considerations, control strate- gies, and modulation techniques associated with Dual Active Bridge converters. A DAB converter represents a crucial building block in the modern power electronics landscape, playing a pivotal role in applications such as renewable energy systems, electric vehicle charging, and high-power motor drives. The theoretical exploration commences with a thorough examination of the fundamental operating principles, elucidating the underlying mechanisms that enable seamless power flow control in DAB converters. Mathematical analyses will delve into the equations governing converter behavior, shedding light on the intricacies of voltage and current waveforms. Design aspects of the converter will be scrutinized to highlight key considerations in the physical realization of DABs, addressing factors such as component selection and sizing. Modulation techniques will be a central focus, as they dictate the converter’s ability to achieve precise voltage and current regulation. By investigating various modulation schemes, this thesis aims to uncover the most suitable approaches for different applica- tions. Following the theoretical groundwork, the study will transition to simulation analysis, employing simulation tools to validate the theoretical findings. Through extensive simu- lations, the performance of DAB converters will be assessed, providing valuable insights into their practical viability. In summary, this thesis provides a detailed exploration of Dual Active Bridge converters, delving into their operational principles, mathematical underpinnings, design considerations, control strategies, and modulation techniques. By offering a comprehensive theoretical analysis and conducting simulation studies , this research aims to enhance our understanding of these converters within the context of their applications, offering valuable insights into their performance characteristics and capabilities.

L’evoluzione dell’elettronica di potenza ha inaugurato una nuova era di sistemi di con- versione dell’energia efficienti e versatili. Tra questi, il convertitore Dual Active Bridge (DAB) si presenta come un candidato formidabile, offrendo un controllo senza precedenti sulle forme d’onda di tensione e corrente mentre facilita un trasferimento energetico fluido. L’obiettivo principale di questa tesi è condurre un’analisi teorica approfondita dei prin- cipi operativi, delle fondamenta matematiche, delle considerazioni di progettazione, delle strategie di controllo e delle tecniche di modulazione associati ai convertitori Dual Active Bridge. Un convertitore DAB rappresenta un elemento cruciale nel panorama moderno dell’elettronica di potenza, svolgendo un ruolo fondamentale in applicazioni come sistemi di energia rinnovabile, ricarica di veicoli elettrici e motori ad alta potenza. L’esplorazione teorica inizia con un’esame approfondito dei principi operativi fondamen- tali, chiarificando i meccanismi sottostanti che consentono il controllo fluido del flusso di potenza nei convertitori DAB. Le analisi matematiche approfondiranno le equazioni che regolano il comportamento del convertitore, gettando luce sulle complessità delle forme d’onda di tensione e corrente. Aspetti progettuali del convertitore saranno scrutinati per evidenziare le principali con- siderazioni nella realizzazione fisica dei DAB, affrontando fattori come la selezione e la dimensionamento dei componenti. Le tecniche di modulazione saranno al centro dell’attenzione, poiché determinano la capac- ità del convertitore di raggiungere una regolazione precisa della tensione e della corrente. Investigando varie strategie di modulazione, questa tesi mira a scoprire gli approcci più adatti per diverse applicazioni. Dopo il lavoro teorico, lo studio passerà all’analisi delle simulazioni, impiegando strumenti di simulazione per convalidare le conclusioni teoriche. Attraverso simulazioni estese, si valuterà le prestazioni dei convertitori DAB, fornendo preziosi insights sulla loro praticità. In sintesi, questa tesi offre un’esplorazione dettagliata dei convertitori Dual Active Bridge, approfondendo i loro principi operativi, le loro basi matematiche, le considerazioni di progettazione, le strategie di controllo e le tecniche di modulazione. Offrendo un’analisi teorica completa e conducendo studi di simulazione, questa ricerca mira a migliorare la nostra comprensione di questi convertitori nel contesto delle loro applicazioni, offrendo preziosi insights sulle loro caratteristiche e capacità.