Welche Faktoren bestimmen die Wahl der richtigen Topologie?
Bidirektionale DC/DC-Wandler kommen überall dort zum Einsatz, wo Energie in beide Richtungen fließen muss – beispielsweise zwischen Batteriespeichern und DC-Netzen oder in Prüfständen für Energiespeicher.
Die Auswahl der geeigneten Topologie entscheidet dabei maßgeblich über Wirkungsgrad, Regelverhalten, Kosten und Integrationsaufwand. Eine allgemeingültige “beste” Lösung gibt es jedoch nicht. Vielmehr muss die Topologie immer auf die Anforderungen des Gesamtsystems abgestimmt werden.
Wie Batteriespeicher effizient an DC-Netze angebunden werden, erläutern wir ausführlich im Beitrag Wie koppelt man Batteriespeicher effizient an DC-Netze?.
Wann reicht eine einfache Topologie aus?
Ist keine galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgang erforderlich, lassen sich häufig einfachere Topologien einsetzen. Diese benötigen keinen Transformator und zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad sowie einen vergleichsweise geringen Schaltungsaufwand aus.
Dadurch entstehen oft wirtschaftliche Vorteile, da sowohl Materialkosten als auch Baugröße reduziert werden können. Gleichzeitig lassen sich sehr gute Wirkungsgrade erzielen.
Ob eine galvanische Trennung erforderlich ist, hängt jedoch immer von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung sowie geltenden Sicherheitsvorgaben ab.
Wann kommt eine Dual Active Bridge zum Einsatz?
Sobald eine galvanische Trennung erforderlich ist, wird im Hochleistungsbereich häufig die Dual Active Bridge (DAB) eingesetzt.
Sie eignet sich besonders für bidirektionale Energieflüsse bei hohen Leistungen und bietet neben der galvanischen Trennung eine hohe Effizienz sowie gute Regelmöglichkeiten. Dadurch hat sich die DAB in zahlreichen Anwendungen der modernen Leistungselektronik etabliert.
Einen Überblick über verschiedene Topologien und ihre typischen Einsatzgebiete finden Sie auf unserer knestronX-Übersichtsseite zu DC/DC-Topologien.
Weitere Hintergründe zu den Grenzen von Standardlösungen finden Sie außerdem im Beitrag Wann reicht ein Standard DC/DC-Wandler nicht mehr aus?.
Die Systemanforderungen entscheiden
Die Wahl der passenden Topologie sollte niemals isoliert erfolgen. Vielmehr müssen elektrische, thermische und mechanische Anforderungen gemeinsam betrachtet werden.
Dazu gehören unter anderem:
- erforderliche Leistung
- Spannungsbereiche auf Ein- und Ausgangsseite
- Notwendigkeit einer galvanischen Trennung
- Wirkungsgrad
- Regelverhalten
- Bauraum
- Kühlkonzept
- Kosten des Gesamtsystems
Erst die Kombination dieser Faktoren ermöglicht eine technisch und wirtschaftlich optimale Lösung.
Die Topologie ist nur ein Teil des Gesamtsystems
In der Praxis zeigt sich, dass die Wahl der Topologie eng mit der gesamten Systemarchitektur verbunden ist. Häufig beeinflussen sich Leistungselektronik, Kühlung, Mechanik und Regelung gegenseitig.
Deshalb beginnt eine erfolgreiche Entwicklung nicht mit der Auswahl einer einzelnen Schaltungstopologie, sondern mit der Analyse der Systemanforderungen.
Warum eine ganzheitliche Betrachtung häufig zu besseren Ergebnissen führt, erläutern wir auch im Beitrag Welche Vorteile bietet maßgeschneiderte Leistungselektronik?.
Welche Topologien sich für unterschiedliche Anforderungen eignen und welche Einsatzfelder sie typischerweise abdecken, zeigt außerdem unsere Übersicht der knestronX-Topologien.
Fazit
Die geeignete Topologie für einen bidirektionalen DC/DC-Wandler hängt immer von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Während bei fehlender galvanischer Trennung häufig einfache und wirtschaftliche Lösungen ausreichen, bietet die Dual Active Bridge insbesondere im Hochleistungsbereich entscheidende Vorteile.
Entscheidend ist jedoch nicht die einzelne Topologie, sondern ihre optimale Einbindung in das Gesamtsystem. Erst das Zusammenspiel aller Komponenten ermöglicht eine leistungsfähige und wirtschaftliche Lösung.
