双向DC/DC变换器：原理、发展与应用

本章节主要讨论了双向DC/DC变换器，一种能够在输入和输出电压极性不变的前提下，实现电流双向流动的特殊类型转换器。相比于传统的单向DC/DC变换器，双向变换器的优势在于其能够有效地实现能量的双向传输，减少系统体积、重量和成本。 首先，双向DC/DC变换器的工作原理是通过替换单向开关和二极管为双向开关，以及精心设计的控制策略，允许电流在两个方向上自由流动，克服了单向变换器需要额外二极管导致的能耗损失和效率低下问题。这种创新设计使得双向变换器在电力电子系统中具有广泛的应用前景，尤其是在航天电源和电动汽车等领域，它们对于电压稳定和高效能的需求提供了解决方案。 在历史发展方面，20世纪80年代，由于航天领域的体积和重量限制，双向Buck/Boost变换器被提出用于太阳能电源系统，以稳定汇流条电压。随后的研究和实践不断推动了双向变换器技术的发展，如香港大学陈清泉教授将其应用于电动车，解决了驱动系统中的电压管理问题。F。Caricchi教授则研发了20kW的水冷式双向直流变换器，尽管其原始形式不太适合电动车，但他提出了Buck-Boost级联型变换器以解决电压极性问题。 此外，燃料电池领域也对双向变换器产生了兴趣，比如李泽元教授的研究工作，这表明随着新能源技术的进步，双向变换器在能源转换和管理中的作用日益凸显。同时，不隔离和隔离式双向变换器的拓扑结构也得到了深入探讨，如Buck-Boost、Buck/Boost、Cuk和Sepi-Zeta等不同类型的双向变换器被逐一介绍，这些技术的进步为实际应用提供了更多选择。 双向DC/DC变换器的发展与应用受到航天和电动汽车技术进步的驱动，而新型拓扑结构和控制策略的不断优化，使得这一技术在提高能源利用效率、减小设备体积和降低成本方面展现出了巨大的潜力。