双向DC-DC变换器原理与全桥设计详解

双向DC/DC变换器是一种先进的电力电子设备，它能够在保持直流电压极性不变的前提下，实现能量在两个直流电压源或负载之间的双向传输，这在需要能量流动方向可切换的系统中具有显著优势。相比于传统的单向DC/DC变换器，双向变换器能简化电路设计，减少组件数量，提高系统的灵活性和效率。 在基本原理方面，双向DC/DC变换器的核心组件是双向基本变换单元，如图1.3(b)所示，它包含两个并联的有源开关，每个开关都与一个反并联的二极管相连。这种结构允许在两种工作模式下操作：正向工作模式（Boost模式）和反向工作模式（Buck模式）。当一个开关处于开状态，另一个关闭，变换器分别执行升压或降压功能。 全桥拓扑是双向DC/DC变换器的常见选择，因为它利用了四个开关管的优势，如南京师范大学庄元明硕士论文所述。全桥结构提供了更高的灵活性，使得开关管能实现软开通和软关断，从而降低开关损耗，提高转换效率，同时还能提升变换器的开关频率，有助于减小体积。此外，通过在两个桥臂间添加隔离变压器，可以在不增加额外元件的情况下实现电能的双向传输，进一步优化了系统的设计。 论文作者对几种新型软开关双向DC/DC变换器的基本单元进行了深入分析，讨论了不同变换器拓扑（如Boost/Buck）的控制原理，并提出了创新的控制策略。通过实例分析、建模、仿真和实验验证，论文详细展示了双向DC/DC变换器的实际工作过程及其性能优势。 双向DC/DC变换器的应用广泛，包括直流不间断电源系统、航天电源系统、直流电机驱动系统以及混合能源电动汽车等，这些都是对高效、灵活能量管理需求的重要应用场景。双向DC/DC变换器以其独特的优势，在现代电力电子系统中扮演着关键角色，是推动能源转换和系统优化的关键技术。