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VgstofftontiLiLmaxtiCt
（2）隔离型变换器
D+CUi+Uo-Q
下面主要介绍反激式变换器的工作原理：
它是由电感变压器T、功率晶体管Q、二极管D和滤波电容C组成。晶体管受驱动信号驱动，周期的导通与关断。当开关管导通时，在理想情况下，输入电压全部加在电感变压器初级上，变压器初级感应电势同名端为正，次级同名端也为正，二极管反偏截止，所以电感变压器此时作为电感运行，电源向电感储能，由输出电容向负载供电；当开关管关断时，电感能量不能突变，变压器各线圈感应电势反号，同名端为负，迫使二极管导通，电感能量逐步转为电场能量向负载放电和向电容充电。
Vgstonti1i1mintoff-i1maxtiDiDmaxiDminttuD
2.2 双向DC/DC变换器的电路拓扑
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绪论中已经提到，双向DC/DC变换器是在保持输入、输出电压极性不变的情况下，根据需要改变电流方向，通过在开关管上反并联二极管、在二极管上反并联开关管再加上适当的控制来实现能量的双向传输的变换器。它可以根据有无变压器隔离分为隔离型和非隔离型。
2.2.1 非隔离型双向DC/DC变换器
非隔离型双向DC/DC变换器的主要拓扑有：双向Buck-Boost变换器、双向Buck/Boost 变换器、双向Cuk变换器和双向Sepic-Zeta变换器。
D1L+V1-C1D2C2+Q1V2-Q2
D2D1+Q2C1Q1LC2-V1V2-+
L1+C1V1Q1C3L2-D2C2Q2V2+D1-D1C3+V1-C1Q1LD2
L2+Q2V2-C2
下面主要介绍双向Buck-Boost变换器和双向Buck/Boost 变换器的拓扑结构。
双向Buck-Boost变换器：是由Buck变换器变换而来的，在晶体管Q上反并联二极管D，在二极管D上反并联晶体管Q，该电路便是双向DC/DC变换器。它可以工作于两种模式：降压模式和升压模式。当能量从V1流向V2，Q1工作，Q2不工作，V1为电源端，则该变换器为Buck变换器；当能量从V2流向V1，Q2工作，Q1不工作，V2作为电源端，则该变换器为Boost变换器。
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若两侧都有电源，则能量流动方式取决于两电源电压大小和占空比的大小，两端的电压极性相同，V1 双向Buck/Boost 变换器：与单向Buck/Boost变换器拓扑不同的是，在原开关管处反并联二极管，在原二极管处反并联开关管，Q1和Q2互补方式导通，两者间应设定死去时间，以避免同时导通，其与Buck-Boost不同的是：V1和V2电压是反极性的，且其大小任意。 2.2.2 隔离型双向DC/DC变换器 隔离型双向DC/DC变换器是在非隔离型的基础上发展起来的，相对要复杂得多，对于变压器，稳态时实现磁化和去磁伏秒面积相等是保证其正常工作防止铁芯磁饱和的关键【9】。一般隔离型双向DC/DC变换器常应用在电压传输比大、功率高、需要电气隔离的场合。 隔离型双向DC/DC变换器的主要拓扑有：双向反激式、双向正激式、双向推挽式、双向半桥式和双向全桥式。 其主要区别为【15】： (l)双向反激式：结构简单，成本低，适合于小功率应用。 (2)双向正激式：是在单管正激式的电路上再串接一个三极管而组成的， 对于高压大功率的开关电源来说更加安全可靠。 (3)双向推挽式：传输功率比双反激拓扑大，结构也比较简单。但因变压 器漏感引起大的开关电压尖峰，开关管工作条件恶劣，适合中低压应用场合。 (4)双向半桥式：半桥式DC/DC变换电路适用于输入电压比较高的场合， 与推挽式变换器相比较，它的输入变压器没有中心抽头，加工比较简单。但是 对支撑电容的要求高，并且传递同样的功率时，要求功率器件的电流容量大， 适合中功率高压应用。 (5)双向全桥式：全桥变换由于对功率器件的电流/电压应力小，同样容量 的器件传输的功率更大，开关管和变压器的利用率高，是大功率应用的首选拓 扑结构。 下面主要介绍双向反激DC/DC变换器： +N1C1V1Q1-Q2-N2C2V2+ 所谓正激和反激，正激变换器即是变压器，反激变换器即是当开关管导通时，能量可以存储于原边的漏感上。 同样，双向反激变换器是在单向反激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，开关管工作在PWM方式，互补导通。 2.3 DC/DC变换器的拓扑选择 DC/DC变换器拓扑繁多，在基本拓扑的基础上还可以组合形成新的拓扑，鉴于每种拓扑 文档 实用标准文案 都有各自的特点，在不同的实验要求下应科学的选择拓扑，以下是在选择拓扑时应主要考虑的因素： （1）拓扑的复杂程度。在实现同样的实验要求的基础上，应选择简单，控制方便的拓扑，可靠性要高。 （2）实现的难易程度。有的拓扑虽然性能良好，但对器件的要求过高，要实际的考虑是否能在市场上采购到等客观因素。 （3）成本。应根据经济水平来选择合适的拓扑，尽量将成本减到最低，通常情况下，双向的比单向的成本高，隔离式的比非隔离式的成本高。 （4）体积和重量。大多数情况下，采用变压器的电路，变压器所占的体积和重量都很大。 综合以上分析可见，双向Buck-Boost电路和双向Buck/Boost电路为非隔离式DC/DC变换器的最基本的拓扑，相对结构简单，且目前的技术发展都已成熟，但这两者相比之下，后者基于Buck/Boost升降压变换器的缺点是，输入输出电流为断续且纹波很大，在器件选择上需要选择性能好、容量大的滤波电容，成本太大。 所以综合考虑，选择双向Buck-Boost电路为本课题研究的拓扑。 2.4 本章小结 本章首先简要介绍了单向DC/DC变换器的基本原理以及其按照输入、输出有无变压器的分类（隔离式和非隔离式），对最基本的Buck、Boost变换器和典型的隔离式变换器进行了详细的分析，接着着重分析了双向DC/DC变换器的拓扑，同样的按照输入、输出有无变压器可分为隔离式和非隔离式两类，其中非隔离式包括Buck-Boost、Buck/Boost、Cuk和Sepic-Zeta；隔离式包括正激、反激、推挽、半桥、全桥。之后主要对典型的Buck-Boost、Buck/Boost和双向反激式变换器的拓扑进行了系统的分析。最后综合各种拓扑的特点考虑，选择了双向Buck-Boost电路为本课题研究的拓扑。 第三章 双向Buck-Boost的主电路分析及参数设计 本章主要对选定的双向Buck-Boost主电路拓扑进行详细的分析，了解具体的工作方式，随后根据任务书上的主要技术指标进行参数设计。 3.1 双向Buck-Boost的主电路分析 3.1.1 主电路的拓扑结构和工作方式 双向Buck-Boost的主电路如图所示，电路图中包括两个开关管、两个二极管、一个电感、两个电容，两个电源。其中两个开关管互补导通，即Q1开通时Q2关断，Q2开通时Q1关断。为了防止两个开关管同时导通，应通过合理设计电感L的大小，制造死区时间，即使开关管实现零电压开通，并避免二极管的反向恢复问题。 文档 实用标准文案 D1L+V1-C1D2C2+Q1V2-Q2 双向Buck-Boost电路在一个开关周期内，有三种工作方式： （1）Buck工作方式。即电感电流恒大于零，能量从V1到V2传输,Q1导通，Q2截止，电感电流增加，到t=ton，D2续流导通，Q1截止，Q2没有电流通过； （2）Boost工作方式。即电感电流恒小于零，能量从V2到V1传输，在ton~T期间，Q2 导通，Q1截止，电感电流在V2作用下增加，在t=T时刻，Q2截止，Q1导通，但Q1没有电流通过，D1续流导通； （3）交替工作方式。即电感电流有正有负，1）在t0到t1期间，Q1导通但不通过电流，从而实现零电压开通，电流通过D1，期间iL为负值；2）在t1到ton期间，Q1导通并通电流，iL为正值并逐渐增加；3）在ton到t2期间，Q2导通但不通过电流，实现零电压开通，电流通过D2续流，iL为正值并逐渐减小；4）在ton到T期间，Q2导通并通电流，iL为负值并逐渐增加。 Vgs0iLbuck00boostiLiL交替0t1toniLmaxtontoffTttonttTt2iLmint 3.1.2 交替工作方式具体分析 由交替工作方式下的电感电流图可以看出，在一个开关周期内，电感电流为正部分的面积等于电感电流为负部分的面积，向流动且始终保持能量守恒。 当 iLmax?iLmin这表明一个开关周期内，实现了能量的双 iLmax?iLmin，则表明能量是从V1向V2传1输；当 iLmax?iLmin,则表明能量是 从V2向V1传输。 前面提到过Buck-Boost双向直流变换器若两侧都有电源，则能量的流动方向取决于两电源电压的大小和占空比的大小。下面就来验证这一结论： 文档
DC-DC直流变换器
