在高效能量轉換需求日益增長的背景下，雙橋正激（Dual-Active Bridge, DAB）作為一種具備雙向能量傳輸能力的全橋拓撲結構，逐漸成為新能源、電動交通、電池儲能等領域的關鍵技術方案。它不僅提升了系統效率，還簡化了電氣隔離與控制設計，是現代高頻電源系統中非常有代表性的架構之一。

一、拓撲結構構成與基本原理

雙橋正激電路由兩個結構對稱的全橋逆變器（Bridge A 與 Bridge B）組成，它們通過一個高頻隔離變壓器相連接。在實際設計中，這兩個全橋變換器分別對應系統的“源端”和“負載端”，可以是固定電壓母線，也可以是電池組或光伏板等直流電源。

每個全橋包含四個功率開關器件（如MOSFET、IGBT或GaN），呈H橋形態排布。橋A與橋B之間通過高頻變壓器耦合實現電氣隔離及能量交換。變壓器的初級連接Bridge A，次級連接Bridge B，并在其中加入適當的濾波電感以控制電流變化速率。

DAB的運行原理核心在于“相位移調制”。也就是說，通過調整兩個橋臂輸出電壓波形之間的相位差，使變壓器原副邊形成非對稱波形，從而產生電壓差，引導能量流動方向：

- 相位差為正時，能量從Bridge A流向Bridge B；

- 相位差為負時，能量從Bridge B反向傳回Bridge A；

- 相位差為零時，系統無功率交換。

這一調控方式不僅簡潔高效，還能實現自然軟開關，大大降低開關損耗。

二、運行特性與性能優勢

1. 支持雙向功率傳輸

相比傳統正激變換器只能實現單向電能傳輸，雙橋正激支持能量在兩個方向自由切換，且無需改變物理結構。它通過改變兩橋臂的導通時序即可實現能量流的方向反轉，非常適合應用在儲能系統、電動汽車雙向充放電等場合。

2. 實現軟開關（ZVS/ZCS）

DAB天然支持軟開關機制，在全負載范圍內通過調節電流方向和開關時刻實現ZVS（零電壓開通）或ZCS（零電流關斷）。這不僅減少了MOSFET等器件的應力，還顯著降低了系統開關損耗，提升整機可靠性和效率，特別適合高頻工作條件下的應用需求。

3. 隔離與安全性

高頻變壓器實現電氣隔離，保障電氣系統之間的安全分區。該特性在醫療、電動車等高電壓場合尤其重要，可避免高低壓側間發生擊穿或電氣干擾。

4. 電磁干擾（EMI）抑制能力強

雙橋正激采用對稱驅動、交錯調制、固定頻率開關等控制策略，有效抑制了諧波分量對外部電路的干擾。同時由于實現軟開關，電壓電流波形邊緣較緩，EMI輻射本身也較低，簡化濾波與電磁兼容設計。

5. 模塊化設計、易于擴展

結構對稱且控制方式通用，使其非常適合模塊化設計。多個DAB模塊可并聯或級聯，滿足大功率擴展或多端口電源需求。現代儲能逆變器中，經常看到多DAB結構級聯提升轉換靈活性。

三、典型應用場景解析

1. 電動汽車充電系統

電動車的車載充電器（OBC）以及V2G系統中，雙橋正激結構可承擔雙向能量轉換角色：既支持電網到電池的充電模式，又支持電池向電網的能量回饋模式。其高效率、軟開關和隔離能力完美契合EV行業對于體積小、發熱低和高可靠性的需求。

2. 無線能量傳輸系統

在工業或醫療無線供電平臺中，DAB結構常作為前級功率變換器，將直流電源變換為高頻正負對稱方波，驅動中間諧振網絡或電感耦合裝置，再在接收端通過整流還原為直流能量。其高頻、低損與隔離特性使其成為高端無線供電首選拓撲。

3. 可再生能源逆變系統

光伏發電與風能系統中，雙橋正激常用于光伏側與儲能側之間的功率管理。白天太陽能過剩時能量轉存電池，夜間則反向將能量釋放至負載或電網。通過智能控制，其可輕松實現MPPT管理、SOC平衡等能源調度策略。

4. 電池儲能系統（BESS）

在BESS系統中，DAB結構連接電池組與主DC母線，實現靈活的充電/放電控制。結合數字控制器件與實時監控算法，能夠實時調整充電策略，保障電池在合理工作區間，提高電池使用壽命。

四、工程實現中的關鍵點

- 控制策略設計：主要采用基于DSP/FPGA的移相控制，需精確掌控導通時序與死區時間，避免交叉導通；

- 軟開關調節：在不同負載狀態下，要設計適當的電感匹配以維持ZVS區域；

- 磁器件優化：高頻磁芯材料與繞組工藝直接影響效率與溫升；

- 器件選型：根據功率等級、頻率要求和散熱條件選擇合適的MOSFET或SiC器件。

總結

雙橋正激作為一種高度集成化、高效率、雙向可調的功率轉換拓撲，正逐漸在智能電網、電動出行、儲能系統和無線充電等領域中取代傳統方案。其靈活的控制策略、優秀的軟開關特性及高擴展性為未來多能源協同和智能能量管理系統提供了堅實的技術基礎。隨著控制算法與新型器件的不斷發展，DAB的性能還有很大的提升空間，未來將在更多智能化場景中釋放潛力。