雙向直流變換器電路解析

這篇文章中為大家帶來雙向直流變換器及其工作原理的有關介紹，主要內容如下。

雙向變換器也就是雙向DC-DC變換器，雙向DC-DC變換器是實現直流電能雙向流動的裝置，主要應用於混合動力汽車和直流不間斷供電係統等。

雙向直流變換器采用經典BUCK/BOOST電路拓撲，具備升降壓雙向變換功能，即升降壓斬波電路。能量從C1流向C2時，直流變換器工作在BOOST模式下，實現升壓功能;能量從C2流向C1時，直流變換器工作在BUCK模式下，實現降壓功能。使用雙向DC-DC轉換器，可將耗散的能量返回係統，從而實現電池測試充電能量的循環利用。返回的能量隨後可用於測試後續的電池單元，所產生的功耗隻來自於充放電電源轉換效率的損失，不會因放電的負載而產生功率損耗。

高效率DC-DC轉換器的另一個應用是作為電池備份係統 (BBU) 的接口。在發生電力故障時，諸如數據中心之類的信息係統通常需要在斷電幾分鍾後的段時間內持續運行，然後經由備份電源 (如發電機)恢複供電。在此期間，一般采用電池組來維持設備的功能。電池組放電時，該電池組上會出現壓降因而需要電源轉換接口來維持適當的母線電壓。此外，電池組還需要電源來補充和維持事件後損耗的電量。如果在一個單體雙向DC-DC轉換器中能實現電池充電和母線接口功能，就能獲得極大的成本及尺寸優勢。

所謂雙向DC-DC變換器就是DC-DC變換器的雙象限運行，它的輸入、輸出電壓極性不變，但輸入、輸出電流的方向可以改變。變換器的輸出狀態可在Vo-lo 平麵的一、二象限內變化。變換器的輸入、輸出端口調換仍可完成電壓變換功能，功率不僅可以從輸入端流向輸出端，也能從輸出端流向輸入端。從各種基本的變換器拓撲來看，用雙向開關代替單向開關，就可以實現能量的雙向流動。

雙向DC-DC變換器實現了能量的雙向傳輸，在功能.上相當於兩個單向DC-DC變換器，是典型的 機兩用”設備。在需要雙向能量流動的應用場合可以大幅度減輕係統的體積重量及成本，有重要研究價值。

實際上，要實現能量的雙向傳輸，也可以通過將兩台單向 DC-DC 變換器反並聯連接，由於單向變換器主功率傳輸通路上一般都需要二極管，因此單個變換器能量的流通方向仍是單向的，且這樣的連接方式會使係統體積和重量龐大，效率低下，且成本高。所以，最好的方式就是通過一台變換器來實現能量的雙向流動，BDC 就是通過將單向開關和二極管改為雙向開關，再加上合理的控製來實現能量的雙向流動。

假設兩相交錯並聯 Buck變換器工作在理想條件下，忽略變換器各元器件寄生參數的影響，令兩相橋臂電感，兩相占空比相等，並且驅動信號的相位相差180°，輸入電壓為Udc，蓄電池端電壓為Ub，其拓撲結構如下圖所示。同傳統Buck變換器的工作模式類似，兩相交錯並聯Buck 變換器的工作模式有兩種，即連續工作模式(Continuous Conduction Mode, CCM)和斷續工作模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)。在 DCM模式下，變換器的帶載能力降低，兩相電感電流會出現為零的情況，因此在工程應用中一般要求變換器工作在CCM模式。在CCM模式下，兩相交錯並聯 Buck變換器在一個開關周期T內的工作模態分為4個。

在一一個係統中的直流電源(或直流源性負載)間需要雙向能量流動的場合都需要雙向DC-DC變換器。因此直流電機驅動係統、不停電電源係統、航空航天電源係統、太陽能(風能)發電係統、能量儲存係統(如超導儲能)、電動汽車係統等係統中都有其適用場合。

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