雙向直流變換器電路解析

這篇文章中為大家?guī)黼p向直流變換器及其工作原理的有關(guān)介紹，主要內(nèi)容如下。

雙向變換器也就是雙向DC-DC變換器，雙向DC-DC變換器是實現(xiàn)直流電能雙向流動的裝置，主要應用于混合動力汽車和直流不間斷供電系統(tǒng)等。

雙向直流變換器采用經(jīng)典BUCK/BOOST電路拓撲，具備升降壓雙向變換功能，即升降壓斬波電路。能量從C1流向C2時，直流變換器工作在BOOST模式下，實現(xiàn)升壓功能;能量從C2流向C1時，直流變換器工作在BUCK模式下，實現(xiàn)降壓功能。使用雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器，可將耗散的能量返回系統(tǒng)，從而實現(xiàn)電池測試充電能量的循環(huán)利用。返回的能量隨后可用于測試后續(xù)的電池單元，所產(chǎn)生的功耗只來自于充放電電源轉(zhuǎn)換效率的損失，不會因放電的負載而產(chǎn)生功率損耗。

高效率DC-DC轉(zhuǎn)換器的另一個應用是作為電池備份系統(tǒng) (BBU) 的接口。在發(fā)生電力故障時，諸如數(shù)據(jù)中心之類的信息系統(tǒng)通常需要在斷電幾分鐘后的段時間內(nèi)持續(xù)運行，然后經(jīng)由備份電源 (如發(fā)電機)恢復供電。在此期間，一般采用電池組來維持設(shè)備的功能。電池組放電時，該電池組上會出現(xiàn)壓降因而需要電源轉(zhuǎn)換接口來維持適當?shù)哪妇€電壓。此外，電池組還需要電源來補充和維持事件后損耗的電量。如果在一個單體雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器中能實現(xiàn)電池充電和母線接口功能，就能獲得極大的成本及尺寸優(yōu)勢。

所謂雙向DC-DC變換器就是DC-DC變換器的雙象限運行，它的輸入、輸出電壓極性不變，但輸入、輸出電流的方向可以改變。變換器的輸出狀態(tài)可在Vo-lo 平面的一、二象限內(nèi)變化。變換器的輸入、輸出端口調(diào)換仍可完成電壓變換功能，功率不僅可以從輸入端流向輸出端，也能從輸出端流向輸入端。從各種基本的變換器拓撲來看，用雙向開關(guān)代替單向開關(guān)，就可以實現(xiàn)能量的雙向流動。

雙向DC-DC變換器實現(xiàn)了能量的雙向傳輸，在功能.上相當于兩個單向DC-DC變換器，是典型的 機兩用”設(shè)備。在需要雙向能量流動的應用場合可以大幅度減輕系統(tǒng)的體積重量及成本，有重要研究價值。

實際上，要實現(xiàn)能量的雙向傳輸，也可以通過將兩臺單向 DC-DC 變換器反并聯(lián)連接，由于單向變換器主功率傳輸通路上一般都需要二極管，因此單個變換器能量的流通方向仍是單向的，且這樣的連接方式會使系統(tǒng)體積和重量龐大，效率低下，且成本高。所以，最好的方式就是通過一臺變換器來實現(xiàn)能量的雙向流動，BDC 就是通過將單向開關(guān)和二極管改為雙向開關(guān)，再加上合理的控制來實現(xiàn)能量的雙向流動。

假設(shè)兩相交錯并聯(lián) Buck變換器工作在理想條件下，忽略變換器各元器件寄生參數(shù)的影響，令兩相橋臂電感，兩相占空比相等，并且驅(qū)動信號的相位相差180°，輸入電壓為Udc，蓄電池端電壓為Ub，其拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示。同傳統(tǒng)Buck變換器的工作模式類似，兩相交錯并聯(lián)Buck 變換器的工作模式有兩種，即連續(xù)工作模式(Continuous Conduction Mode, CCM)和斷續(xù)工作模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)。在 DCM模式下，變換器的帶載能力降低，兩相電感電流會出現(xiàn)為零的情況，因此在工程應用中一般要求變換器工作在CCM模式。在CCM模式下，兩相交錯并聯(lián) Buck變換器在一個開關(guān)周期T內(nèi)的工作模態(tài)分為4個。

在一一個系統(tǒng)中的直流電源(或直流源性負載)間需要雙向能量流動的場合都需要雙向DC-DC變換器。因此直流電機驅(qū)動系統(tǒng)、不停電電源系統(tǒng)、航空航天電源系統(tǒng)、太陽能(風能)發(fā)電系統(tǒng)、能量儲存系統(tǒng)(如超導儲能)、電動汽車系統(tǒng)等系統(tǒng)中都有其適用場合。

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