双向全桥DC_DC变换器回流功率优化的双重移相控制_张勋_王广柱_商秀娟_王婷
双向DCDC变换器的设计与研究
双向DCDC变换器的设计与研究一、本文概述随着电力电子技术的飞速发展，双向DC-DC变换器作为一种高效、灵活的电能转换装置，在电动汽车、可再生能源系统、微电网等领域得到了广泛应用。
本文旨在全面介绍双向DC-DC变换器的设计原理、关键技术以及最新研究进展，以期为相关领域的科研人员和工程师提供有益的参考和启示。
本文将首先概述双向DC-DC变换器的基本原理和分类，包括其拓扑结构、控制方式和工作原理等。
在此基础上，重点探讨双向DC-DC 变换器的关键设计技术，如高效率转换技术、宽输入电压范围技术、快速动态响应技术等。
同时，分析双向DC-DC变换器在实际应用中面临的挑战和解决方案，如电磁干扰、热设计、可靠性等问题。
本文还将综述近年来双向DC-DC变换器的研究热点和发展趋势，包括新型拓扑结构、智能化控制策略、高效散热技术等方面的研究进展。
通过对这些研究内容的深入分析和总结，旨在为未来双向DC-DC 变换器的设计优化和应用拓展提供有益的思路和方向。
本文还将对双向DC-DC变换器的未来发展趋势进行展望，以期推动该领域的技术进步和应用发展。
二、双向DCDC变换器的基本原理与分类双向DCDC变换器是一种能量转换装置，能够在两个不同电压等级之间实现电能的双向流动。
其基本原理和分类对于深入理解和应用该变换器具有重要意义。
双向DCDC变换器的基本工作原理基于电能的转换和传递。
它通过控制开关管的通断，将输入端的直流电能转换为高频交流电能，再通过滤波电路将其转换为输出端的直流电能。
在这个过程中，变换器不仅实现了电能的电压变换，还实现了电能的双向流动。
当变换器工作于正向模式时，它从低压侧吸收电能，经过变换后向高压侧输出电能；当变换器工作于反向模式时，它从高压侧吸收电能，经过变换后向低压侧输出电能。
这种双向流动的特性使得双向DCDC变换器在能量管理、储能系统、电动汽车等领域具有广泛的应用前景。
根据不同的分类标准，双向DCDC变换器可以分为多种类型。
PWM加相移控制的双向DC_DC变换器
b•
•
d
i1
(d) 阶段 4(t3−t4)
Lo i2
M1 vgs1
Cc1 +
+
_ V1
iM1 iM2
iL 1
C+ t1 • a
L1
M2 vgs2
+ v_ab
•
c + v_cd
•
NP
T
•
NS
Ct2+
iM4
M4 vgs4
iM3
+
V2_
vMgs33
b•
•
d
(e) 阶段 5(t4−t5)
i1
Lo i2
M1
NP
T
•
NS
•
d
(h) 阶段 8(t7−t8)
iM4 M4 vgs4
iM3
+
V2_
vMgs33
图 4 变换器正向工作模式等效电路图
Fig. 4 Operation stages of the converter in the forward
mode
vgs1 vgs2
φ
D
vgs3
vgs4 vab
vcd NVCt2 iM1
~ vcd
b•
•d
(b) PWM 加相移控制的简化电路
图 2 两种控制方式下的简化电路
Fig. 2 Simplified PPS
control
本文提出一种 PWM 加相移(PPS)的控制方式，
简化电路如图 2(b)。对器件占空比的 PWM 调节，
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中国电机工程学报
第 23 卷
压降低到零，其体内二极管首先导通，之后它在零
DC-DC直流变换器
DC-DC直流变换器第⼀章绪论本章介绍了双向DC/DC变换器（Bi-directional DC/DC Converter，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Felix A.Himmelstoss发表论⽂，总结出了不隔离双向直流变换器的拓扑结构。
双有源桥
当副边整流二极管截止时,变压器与副边断开,既没有能量从原边传输到副边,
,Lm不再被副边电压箱位,此时谐振元件为谐振电感Lr、谐振电容Cr、激磁电感Lm,
定义谐振频率为
LLC谐振变换器与传统变换器比较可从下列几点看出其优势与特点：
1.电路拓扑结构简单。
2.高输入电压下高效率得以实现。
3.功率开关元件具有低关断电流,关断损失小。
4.在宽的输入电压范围内,从空载至满载皆可达到零电压开关。
5.二次侧整流二极管体电压应力可最小化约等于两倍输出电压,元件的选择性高。
6.两谐振电感可结合在一个变压器磁芯上,变压器漏感以及激磁电感可当成谐振元件,谐振元件体积可大幅度缩小,达到轻薄短小的目的。
工作原理：逆变桥（由高频开关网络组成，板桥或全桥）将输入的直流电压逆变为占空比为50%，频率等于开关管工作频率fs的交流方波噢电压。对交流方波电压进行傅里叶分析，它是由基波分量和其它高的奇次谐波分量组成的，当方波电压输入到谐振网络（由电感电容组成的），对偏离谐振频率fr的高的奇次谐波分量具有高的滤波作用，只能通过绝大部分的接近fr的谐波分量。变压器副边的整流电路由整流二极管或同步整流管组成,谐振输出的基波分量经过高频整流为近似的直流电压它由直流分量、交流分量组成,最后经过输出端的低通滤波器（它的转折频率fc很低,可以滤除其中的交流分量）滤波,最后得到我们所需的直流分量的电压。
双重移相控制下双向全桥DC/DC变换器工作在正向模式时，功率从高压侧向低压侧传输，高压侧开关管S1、S2驱动波形互补，S3、S4驱动波形互补，且S1和S2的驱动信号超前于S3和S4的驱动信号。低压侧开关管驱动信号与传统移相控制的一致。高压侧开关管驱动信号超前于低压侧开关管驱动信号。