双向直流变换器
双向dc-dc变换器是什么 双向dcdc变换器原理
双向dc-dc变换器是什么双向dcdc变换器原理双向直流变换器双向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。
双向直流变换器功能描述：恒压充、放电机转换，恒功率充、放电及转换等；电池侧和直流母线侧双向升降压；l 兼容多种不同配置和型号的蓄电池；电池侧接光伏电池板时具备MPPT功能；多台变流器并联运行控制功能（主从控制，下垂控制）；双向直流变换器原理所谓双向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V o-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。
图1-1为BDC的二端口示意图。
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。
双向DC-DC变换器的应用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。
下面列举几个预研的或已应用的实例，以使BDC的概念更清晰。
双向直流变换器因公环境介绍双向DC-DC变换器是能够根据能量的需要调节能量双向传输的直流到直流的变换器。
DCDC直流变换器
第一章绪论本章介绍了双向DC/DC变换器（Bi-directionalDC/DCConverter，BDC)的基本原理概述、研究背景和应用前景，并指出了目前双向直流变换器在应用中遇到的主要问题。
1.1双向DC/DC变换器概述所谓双向DC/DC变换器就是在保持输入、输出电压极性不变的情况下，根据具体需要改变电流的方向，实现双象限运行的双向直流/直流变换器。
相比于我们所熟悉的单向DC/DC变换器实现了能量的双向传输。
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。
1.2双向直流变换器的研究背景在20世纪80年代初期，由于人造卫星太阳能电源系统的体积和重量很大，美国学者提出了用双向Buck/Boost直流变换器来代替原有的充、放电器，从而实现汇流条电压的稳定。
之后，发表了大量文章对人造卫星应用蓄电池调节器进行了系统的研究，并应用到了实体中。
1994年，香港大学陈清泉教授将双向直流变换器应用到了电动车上，同年，F.Caricchi等教授研制成功了用20kW水冷式双向直流变换器应用到电动车驱动，由于双向直流变换器的输入输出电压极性相反，不适合于电动车，所以他提出了一种Buck-Boost级联型双向直流变换器，其输入输出的负端共用。
1998年，美国弗吉尼亚大学李泽元教授开始研究双向直流变换器在燃料电池上的配套应用。
可见，航天电源和电动车辆的技术更新对双向直流变换器的发展应用具有很大的推动力，而开关直流变换器技术为双向DC/DC变换器的发展奠定了基础。
1994年，澳大利亚FelixA.Himmelstoss发表论文，总结出了不隔离双向直流变换器的拓扑结构。
CUK双向变换器
《开关电源的原理与设计》实验报告基于CUK的双向DC-DC变换器的仿真与研究一、引言随着科技和生产的发展,对双向直流不间断电源系统、航空电源系统等应用场合增加,DC/DC变换器的需求逐渐增多。
为了减轻系统的体积重量,节约成本,在电池的充放电,电动汽车,UPS 系统,太阳能发电系统,航空电源系统等场合,双向DC-DC变换器(Bi-directional DC-DC Convener) 获得了越来越广泛的应用。
双向直流变换器双象限运行,它的输入、输出电流的方向可以改变,在功率传输上相当于两个单向DC-DC变换器,是典型的“一机两用”设备,尤其在需求双向能量流动的应用场合可以大幅减轻系统的体积重量和成本,有着重要的研究价值。
二、双向直流变换器的原理双向DC-DC变换器构成和单向直流变换器类似,可通过对单向直流变换器适当的改造来实现.许多单向直流变换器都可通过将其中无源开关替换为有源开关而成为双向DC-DC变换器,将单向基本变换单元替换成双向基本变换单元。
一般只要将单向开关电源中开关管反并联二极管；在二极管上反并联开关管，在输入和输出端分别并联电容即可。
与传统的采用两套单向DC-DC变换器来达到能量双向传输的方案相比,双向DC-DC变换器应用同一个变换器来控制能量的双向传输,使用的总体器件数目小,且可以更加快速地进行两个方向功率变换的切换。
再者,在低压大电流场合,一般双向DC-DC变换器更有可能在现成的电路上使用同步整流器工作方式,有利于降低通态损耗。
总之,双向DC-DC变换器具有高效率、体积小、动态性能好和低成本等优势。
(下图为基本的4种拓扑图)三、CUK双向直流变换器的工作原理DC L1R图1 电能双向流动的CUK转换器电路1、电路的工作方式电流正向流动时（从左向右）：分为两个工作模式（1）、V1导通、V2关断时，L1充电，C1放电，C2向负载供电，L2充电，D1、D2截止。
（2）、V1、V2都关断时，L1放电，C1、C2充电，L2通过负载放电，D1截止，D2导通。
双向DCDC直流变换器,直流变换电源,直流升压降压转换器
1.3 – 4.0
< 1mS < 0.5S
5KW 6KW 0-25A(外输入电压控制) 1-10A（数码管设置） 200V–450V 可调，误差±2% 400V–800V 可调，误差±2% 2 A/V < 2% < 1V < 5%
6
济南能华机电设备有限公司
本双向 DC-DC 变换器采用模块化设计，带有均流功能，任何工作模式下都可实现多机并 联扩容。
图一.双向 DC-DC 变换器整机照片
二、特点
1. 全数字化，各种参数及信号全部数字化处理，由数字处理器智能灵活地管理。性能和可 控性均远优于普通的模拟式双向 DC-DC 变换器。
1
济南能华机电设备有限公司
PDn 为降压模式控制信号输入端，当 PDn 输入 3.3V ～５V 的高电平，并且 PUp 为低电平 时，双向逆变器为降压工作模式，电流从高压端子 IFHV 流入，经变换器变换为低压后，从 低压端子 IFLV 输出。
PUp 为升压模式控制信号输入端，当 PUp 输入 3.3V ～５V 的高电平，并且 PDn 为低电平 时，双向逆变器为升压工作模式，电流从低压端子 IFLV 流入，经变换器变换为高压后，从 高压端子 LFHV 输出。
> 95% < 12W < 20W 温控风冷 -25℃ - 60℃ 80℃
28A
15A
√ 5S
5S
315mm X140mm X 85mm 2．5Kg
八．产品图片
7
济南能华机电设备有限公司 图十.模块线路板照片（正面）
图十.模块线路板照片（反面）
图十一.模块接线图
在恒流模式时，Iout 总是正值（忽略电流源等效内阻消耗）。 图七. DC-DC 变换器恒流模式等效电路模型
双向直流变换器建模ppt课件
① Buck 方向时， K2断开，电源V1提供负载R2能量：
VBuck V1 d
I Buck
V1 R2
d
② Boost 方向时，K1断开，电源V2提供负载R1能量：
VBoost V1 d
I Boost
V1 R1 D 2
d
③ 稳态时，电压之间的关系满足下式：V1 :V2 1: D
34
3 双向 Buck-Boost 变换器的小信号模型
1 iL
0
uc
27
2、 Boost 方向小信号模型的建立
（2）dTs ≤ t ≤ Ts（时间段记为dTs），状态空间 方程：
•
iL
0
• uc
1 C1
1 L
1 R1C1
iL uc
1 L 0
v2
v1
i2
0 1
1 iL
0
uc
28
2、 Boost 方向小信号模型的建立
L
iL
+
D1
+
V1
Q2
D2
V2
-
-
图1 双向Buck-Boost DC/DC变换器
3
1、 Buck 方向小信号模型的建立
1.1 列出状态方程
Buck 方向时电路结构如图2所示，忽略电感、
电容的寄生电路，开关管、二极管均假定为理想器
件。
i1
+
Q1
L
iL
+
V1
D2
C2 R2
V2
-
-
图2 Buck 方向在连续状态下的等效电路
基本建模法
建模方法
状态空间平均法 开关元件平均模型法 开关网络平均模型法
双向DCDC变换器研究
双向DCDC变换器研究
一、引言
随着能源和电力行业的发展，人们对电能质量和能源使用效率的要求
越来越高，对双向DCDC（双向低压直流-高压直流）变换器的研究也越来
越多。
双向DCDC变换器可以将低压直流电源转换为高压直流电源，或者
将高压直流电源转换为低压直流电源，有效提高电力系统的能源利用效率，减少能源损耗，从而满足电能质量改善和能源技术的发展需求。
二、双向DCDC变换器（Bidirectional DC/DC Converter）
双向DCDC变换器是将低压直流电源转换为高压直流电源的电子器件。
它利用半导体及其辅助电路来模拟正反变换过程，实现低压直流电源和高
压直流电源之间的互换。
它是一种双向转换器，可以同时完成正反转换，
主要用于电能质量技术方面的发展，如智能电网及新能源等应用。
三、双向DCDC变换器的调整
1、调节输出电压
调节输出电压的关键是控制反向电路的转换效率和输出电流，包括误
差放大器，比较器，调节电阻，芯片等等。
双向DC-DC变换器研究
双向DC-DC变换器摘要：双向DC/DC变换器是一种可以实现“一机两用”的设备，可用其得到能量的双向传输，并且在有些需要能量双向流动的场合，双向DC/DC变换器可大幅度减轻系统的体积、重量以及成本价值，有着重要的研究意义。
首先介绍的是双向DC/DC变换器的概念、应用场合以及其研究现状，并在此基础上分析了电压—电流型双向全桥DC/DC变换器；Buck充电模式时，高压侧开关有驱动信号，低压侧开关管驱动信号封锁，仅用功率开关管的体二极管整流；此时电路为电压型全桥结构；Boost放电模式时，低压侧开关管有驱动信号，高压侧开关管驱动信后封锁，仅用功率开关管的体二极管整流；此时电路为电流型全桥结构。
然后，分别对buck充电模式和boost放电模式的工作原理进行了分析。
最后利用Proteus软件分别对buck充电模式和boost放电模式的开环和闭环进行了仿真，给出了各部分的波形图，最后得出的仿真结果和理论一致。
关键词：双向DC-DC变换器 Buck充电模式 Boost放电模式目录前言 (3)1.方案论证 (4)1.1方案一 (6)1.2 方案二 (6)1.3 方案选择 (7)2.电路设计和原理 (7)2.1 5V电压源电路设计 (7)2.2 0.1s (8)2.2.1 引脚及功能表 (9)2.2.2 (10)2.3 计数电路设计 (11)2.4电路设计 (13)2.5显示电路设计 (14)2.6控制电路设计 (15)3.软件仿真调试 (15)3.1 软件介绍 (15)3.2 调试步骤及方法 (16)4.故障分析及解决方法 (17)5.总结与体会 (18)附录： (20)A、总体电路图 (20)B、元器件清单 (20)C、元器件功能与管脚 (21)D、参考文献 (24)前言当您电池的最后一焦耳电能被耗尽时，功耗和效率就将真正呈现出新含义。
以一款典型的手机为例，即使没有用手机打电话，LCD屏幕亮起、显示时间及正在使用的网络运营商等任务也会消耗电力。
双向DCDC变换器设计
双向DCDC变换器设计双向直流-直流（DC-DC）变换器是一种电力电子设备，能够实现两个不同电压等效电路之间的能量转换和传输。
这种变换器常用于电池系统、节能转换系统和电网隔离系统等应用中。
本文将介绍双向DC-DC变换器的设计原理、工作原理和性能评估。
一、设计原理双向DC-DC变换器可以分为两个部分：升压变换器和降压变换器。
升压变换器将低电压输入提升为较高电压输出，而降压变换器则将高电压输入降压为较低电压输出。
这两个变换器可以通过一个可调节的开关来实现输出电压的控制。
在实际应用中，通过PWM（脉宽调制）技术来控制开关的导通时间，从而实现输出电压的调节。
二、工作原理双向DC-DC变换器的工作原理如下：1.当升压变换器开关导通时，输入电压经过电感储能，同时输出电容储能开始将能量传递到输出端。
2.当升压变换器开关断开时，储能元件的电感和电容开始释放储存的能量，使输出电压保持稳定。
3.当降压变换器开关导通时，输入电压先通过输出电容释放能量，同时电感储能元件开始储存电能。
4.当降压变换器开关断开时，储能元件释放储存的能量，实现输出电压的稳定。
三、性能评估设计双向DC-DC变换器时需要评估以下几个关键性能参数：1.效率：双向DC-DC变换器的效率主要取决于开关的损耗和传输效率。
通过合理选择开关元件和功率传输电路，可以提高变换器的效率。
2.响应时间：双向DC-DC变换器需要能够快速响应输入电压和输出负载的变化。
降低电路和控制系统的响应时间可以提高变换器的动态性能。
3.稳定性：双向DC-DC变换器需要具有良好的稳定性，以确保输出电压在不同负载条件下保持稳定。
在设计过程中应考虑噪声抑制和滤波技术。
4.安全性：在设计双向DC-DC变换器时，需要考虑过电流、过压和过温等保护功能，以防止电路损坏和事故发生。
在实际设计过程中，还需要考虑其他因素，如电路拓扑选择、元件选择、控制算法和布局布线等。
针对不同的应用需求，可能需要做出不同的设计决策。
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设计题目1：电流双向DC-DC 变换器设计
设计要求和技术指标：
主电路结构形式自定；
整机额定功率：2kW ；
输入端为直流蓄电池组，不用考虑容量；
输出端负载为一能量（电流）双向的有源负载，如电动汽车的驱动电机，或者为电能质量控制补偿装置；
要求变换器输出端电压保持恒定为+100V ，输入端蓄电池组电压可在+60V 上下可允许范围内波动；以满足电动汽车的电动和制动两种状态，或满足电网与蓄电池之间的双向能量交换。
一、设计方案：
采用双向半桥逆变器电路，有两种工作模式，分别是
S 1闭合时，S 2截止，电路工作在Boost 电路模式，电流正向流动； S 2闭合时，S 1截止，电路工作在Buck 电路模式，电流反向流动。
两个功率开关器件需保证一个开关完全关断后，另一个才能开通。
主电路如下图所示：
、
参数设计：
在双向半桥变换器中元器件承受的电压能力，IGBT 承受的电压额定值为V 0，二极管承受电压的额定值为V 0， 1、开关器件的开关频率的选择
IGBT 的工作频率是由控制电路的频率决定的。
控制电路的频率应该小于IGBT 允许的最高工作频率。
一般IGBT 的开关频率最大值是20KHZ 。
故选取开关频率为20KHZ 。
2、电感的选取
电感量的计算公式：
i sw U D L f I *=*
取纹波电流为2A ，所以电感为L=0.75mH
3、电容的选取
电容的计算公式：
0off sw 0U T C 8Lf U ≥∆
输出的纹波电压纹波应小于5%。
C=666.67uF
4、功率开关器件的选择
功率开关器件的电压额定值：为保护功率开关器件，其额定值应该是所承受电压的两倍，设计中变换器输出为100VDC ，所以选择200VDC 。