双向直流变换器电路解析

这篇文章中为大家带来双向直流变换器及其工作原理的有关介绍，主要内容如下。

双向变换器也就是双向DC-DC变换器，双向DC-DC变换器是实现直流电能双向流动的装置，主要应用于混合动力汽车和直流不间断供电系统等。

双向直流变换器采用经典BUCK/BOOST电路拓扑，具备升降压双向变换功能，即升降压斩波电路。能量从C1流向C2时，直流变换器工作在BOOST模式下，实现升压功能;能量从C2流向C1时，直流变换器工作在BUCK模式下，实现降压功能。使用双向DC-DC转换器，可将耗散的能量返回系统，从而实现电池测试充电能量的循环利用。返回的能量随后可用于测试后续的电池单元，所产生的功耗只来自于充放电电源转换效率的损失，不会因放电的负载而产生功率损耗。

高效率DC-DC转换器的另一个应用是作为电池备份系统 (BBU) 的接口。在发生电力故障时，诸如数据中心之类的信息系统通常需要在断电几分钟后的段时间内持续运行，然后经由备份电源 (如发电机)恢复供电。在此期间，一般采用电池组来维持设备的功能。电池组放电时，该电池组上会出现压降因而需要电源转换接口来维持适当的母线电压。此外，电池组还需要电源来补充和维持事件后损耗的电量。如果在一个单体双向DC-DC转换器中能实现电池充电和母线接口功能，就能获得极大的成本及尺寸优势。

所谓双向DC-DC变换器就是DC-DC变换器的双象限运行，它的输入、输出电压极性不变，但输入、输出电流的方向可以改变。变换器的输出状态可在Vo-lo 平面的一、二象限内变化。变换器的输入、输出端口调换仍可完成电压变换功能，功率不仅可以从输入端流向输出端，也能从输出端流向输入端。从各种基本的变换器拓扑来看，用双向开关代替单向开关，就可以实现能量的双向流动。

双向DC-DC变换器实现了能量的双向传输，在功能.上相当于两个单向DC-DC变换器，是典型的 机两用”设备。在需要双向能量流动的应用场合可以大幅度减轻系统的体积重量及成本，有重要研究价值。

实际上，要实现能量的双向传输，也可以通过将两台单向 DC-DC 变换器反并联连接，由于单向变换器主功率传输通路上一般都需要二极管，因此单个变换器能量的流通方向仍是单向的，且这样的连接方式会使系统体积和重量庞大，效率低下，且成本高。所以，最好的方式就是通过一台变换器来实现能量的双向流动，BDC 就是通过将单向开关和二极管改为双向开关，再加上合理的控制来实现能量的双向流动。

假设两相交错并联 Buck变换器工作在理想条件下，忽略变换器各元器件寄生参数的影响，令两相桥臂电感，两相占空比相等，并且驱动信号的相位相差180°，输入电压为Udc，蓄电池端电压为Ub，其拓扑结构如下图所示。同传统Buck变换器的工作模式类似，两相交错并联Buck 变换器的工作模式有两种，即连续工作模式(Continuous Conduction Mode, CCM)和断续工作模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)。在 DCM模式下，变换器的带载能力降低，两相电感电流会出现为零的情况，因此在工程应用中一般要求变换器工作在CCM模式。在CCM模式下，两相交错并联 Buck变换器在一个开关周期T内的工作模态分为4个。

在一一个系统中的直流电源(或直流源性负载)间需要双向能量流动的场合都需要双向DC-DC变换器。因此直流电机驱动系统、不停电电源系统、航空航天电源系统、太阳能(风能)发电系统、能量储存系统(如超导储能)、电动汽车系统等系统中都有其适用场合。

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