双向DC/DC变换器：原理、发展与应用

双向DC/DC变换器（BDC）是本章的核心主题，它是一种能在保持输入和输出电压极性不变的同时，通过改变电流方向实现能量双向传输的特殊类型的直流变换器。相较于传统的单向DC/DC变换器，BDC具有显著的优势，如体积小、重量轻、效率高和成本低。 BDC的诞生起源于20世纪80年代早期，当时美国学者为了缩小人造卫星太阳能电源系统的体积和减轻重量，提出了使用双向Buck/Boost变换器替代传统的充放电器，以实现汇流条电压的稳定。这一创新极大地推动了BDC在航天领域的应用研究。随着技术的发展，双向变换器的应用范围不断扩大，如香港大学陈清泉教授将其引入电动车，通过调整设计，如Buck-Boost级联型变换器，以适应不同场合的需求。 1998年，双向变换器在燃料电池领域的应用也得到了重视，李泽元教授的研究展示了它在燃料电池系统中的潜在价值。这些应用实例表明，能源转换技术的进步和市场需求对BDC的发展起到了关键的推动作用。 不隔离的双向DC/DC变换器由Felix A. Himmelstoss在1994年提出，通过在单管直流变换器的开关管上反并联二极管和开关管，衍生出Buck-Boost、Buck/Boost、Cuk和Sepi-Zeta等多种拓扑结构，它们不涉及额外的隔离环节，简化了电路设计。 另一方面，隔离式双向直流变换器则有正激、反激、推挽和桥式等多种结构，这些结构提供了更高的电气安全性和可靠性，尤其适用于对隔离有严格要求的场合。 双向DC/DC变换器的发展历程不仅反映了电力电子技术的进步，也与新能源汽车、航空航天等领域的技术革新紧密相连。其独特的设计和广泛的应用前景使得它成为现代电力系统中不可或缺的一部分，未来随着技术的不断迭代，双向变换器将有望在更多领域发挥重要作用。