DC-DC直流变换器 (2).pdf
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2022-11-10
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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。他是在单管直流变换器的开关管上反并联二极管，在二极管上反并联开关管，从
而构成四种不隔离的双向直流变换器：Buck-Boost、Buck/Boost、Cuk 和 Sepi-Zeta 双向直流
变换器.
隔离式双向直流变换器有正激、反激、推挽和桥式等拓扑结构。
反激式变换器是基于 Buck/Boost 直流变换器设计的，电路结构对称，相比之下更易于
构成双向直流变换器。但普通的反激式变换器容易产生电压尖峰和振荡,2001 年陈刚博士提
出了有源嵌位双向反激式直流变换器,有效的消除了电压尖峰和振荡，并且实现了开关管的
零电流开关，减少了开关器件的电压应力。
推挽式变换器也具有对称的电路结构,且结构简单，但存在变压器的偏磁和漏感，从而
限制了变换器的应用.所以有学者提出，在输入输出电压相差较大的场合，可以应用由推挽
变换器和半桥变换器组成的混合式变换器。
桥式直流变换器有两类电路：一种是双有源桥式变换器,电路结构对称，通过控制相位
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