陈亚爱，梁新宇，周京华
（北方工业大学北京市变频技术工程技术研究中心，北京 １
００１４４）摘 要：基于国内外对双向ＤＣ－ＤＣ变换器的研究成果，简述了各种拓扑结构的基本组成，系统地分析了它们的工作原理，总结了优缺 点和异同点，进而对双向ＤＣ－ＤＣ变换器拓扑结构的分类方法重新进行了界定，为展开奠定了根基。然后指出了现有拓扑结构适用场合和存在的问题，并在此基础上为研究新型拓扑结构提出了建议，同时也为工程应用提供参考。
关键词：工作原理；双向ＤＣ－ＤＣ变换器；拓扑结构；分类；异同点ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－３８８６．２０１７．０６．００１
［中图分类号］ＴＭ４６ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１０００－３８８６（２０１７）０６－０００１－０６
ＳｕｍｍａｒｙｏｆＴｏｐｏｌｏｇｉｃａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＢｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＤＣ－ＤＣＣｏｎｖｅｒｔｅｒ
ＣｈｅｎＹａａｉ，ＬｉａｎｇＸｉｎｙｕ，ＺｈｏｕＪｉｎｇｈｕａ
（ＢｅｉｊｉｎｇＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，
ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１４４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｆｏｒｅｉｇｎｒｅｓｅａｒｃｈａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＤＣ－ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｂｒｉｅｆｌｙｂａｓｉｃ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｉｒｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ，ａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｉｒａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｓｗｅｌｌａｓｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ．Ｔｈｅｎ，ｉｔｒｅｄｅｆｉｎｅｓｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＤＣ－ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｕｓｌａｙｉｎｇａｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｆｕｒｔｈ
ｅｒｍｏｒｅ，ｉｔｐｏｉｎｔｓｏｕｔｓｕｉｔａｂｌｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ａｎｄｍａｋｅｓｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙｏｎｎｅｗｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｕｓｐｒｏｖｉｄｉｎｇｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＤＣ－ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ
定稿日期：２０１７－０２－１６
基金项目：北京市自然科学基金（３１４２００８）
０ 引 言
单向ＤＣ－ＤＣ变换器只能将能量由一个方向向另一个方向传输，而双向ＤＣ－ＤＣ变换器（ＢｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＤＣ－ＤＣＣｏｎｖｅｒｔｅｒ，简称ＢＤＣ）可实现能量的双向传输
［１］
。随着时代进步和科技的发展，
ＢＤＣ在新能源、航天航空、交通、通讯以及工业控制等领域得到了广泛应用。早在２０世纪８０年代初，为了减轻人造卫星太阳能电源系统的体积和重量，美国学者提出用双向Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ变换器代替蓄电池充电器和放电器，并使之进入实用阶段；１９９４年Ｆ．Ｃａｒｉｃｃｈｉ等研制成功电动车驱动用２０ｋＷ水冷式ＢＤＣ，同时，香港大学陈清泉教授（
Ｃ．Ｃ．Ｃｈａｎ）也开展了电动车用ＢＤＣ的研究及试验工作；１９９８年美国弗吉尼亚大学李泽元教授（Ｆ．Ｃ．Ｌｅｅ）开始从事与燃料电池配套的ＢＤＣ研究工作。三十多年来，国内外众多专家学者在ＢＤＣ方面取得了大量的研究成果，文献［２］主要对非隔离型ＢＤＣ拓扑结构进行了深入的理论分析；文献［３］在双向全桥变换器的基础上提出了一种新型谐振式Ｂ
ＤＣ的拓扑结构，并通过搭建实验平台验证了其具有较高的转换效率；文献［４］研究了一种基于谐振的双向ＤＣ－ＤＣ软开关拓扑结构。由于ＢＤＣ拓扑结构具有多样性，为便于系统地研究，本文将对各种ＢＤＣ工作原理进行深入分析，在此基础上重新进行分类，指出它们具有的特点和适用范围，为进一步研究新型拓扑和工程应用提供参考。
１ 双向ＤＣ／ＤＣ变换器拓扑结构分类
从已发表的业界研究成果表明，ＢＤＣ的种类繁多，若按有无隔离功能分类可分为非隔离型和隔离型两类，非隔离型ＢＤＣ有双向Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ、双向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ、双向Ｃｕｋ和双向Ｚｅｔａ－Ｓｅｐｉｃ变换器。隔离型ＢＤＣ又可按传统隔离型和按输入端电路类型分类，按传统隔离型分类的ＢＤＣ有双向反激、双向正激、双向推挽、双向半桥和双向全桥变换器五种类型；按输入端电路类型分类有
电压源型和电流源型ＢＤＣ［５－７］
。若按基本单元拓展分类，相对应
的拓扑结构有：串联型、并联型、组合型和复合型ＢＤＣ，ＢＤＣ拓扑结构分类示意图如图１所示。
２ 非隔离型和隔离型拓扑结构
２．１ 非隔离型双向ＤＣ－ＤＣ变换器
２．１．１ 双向Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ变换器
双向Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ变换器是在单向Ｂｕｃｋ或Ｂｏｏｓｔ变换器基础上构成的，即在原功率管和二极管两端反并联一二极管和一功率
管如图２所示，
它有三种工作模式［８］
：Ｂｏｏｓｔ模式（电感电流如图３（ａ）图所示）、Ｂｕｃｋ模式（电感电流如图３（ｂ）图所示）、交替工作模式（电感电流稳态波形处于正负交替状态如图３（ｃ）图所示）。表１列出了变换器工作三种工作模式下元器件的运行状态。
双向Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ变换器拓扑结构和控制策略相对简单，所需器件少，转换效率高等优点，文献［９］通过实验验证了该变换器具有较高的转换效率，Ｂｏｏｓｔ模式下转换效率可达９０％，Ｂｕｃｋ模式下可达９
４％。但由于变换器固有结构限制，输入输出电压转
图１ 双向ＤＣ－ＤＣ变换器拓扑结构分类示意图
换比较小，因此，只适用于小功率、
无需电气隔离的场合。
图２ 双向Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ
变换器拓扑结构
图３ 双向Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ变换器电感电流波形
表１双向Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ变换器三种模式下元器件工作状态
ｔ
Ｓ１
Ｓ２Ｄ１Ｄ２ＵｇＳ１
ＵｇＳ２
Ｌ
ｉＬＢｏｏｓｔ０～ｔｏｎ导通截止
截止截止１０充电正
模式ｔｏｎ～Ｔ关断截止截止续流００或１放电正Ｂｕｃｋ０～ｔｏｎ截止导通截止截止０１充电负模式ｔｏｎ～Ｔ截止关断续流截止０或１０放电负交替
０～ｔ１导通
截止续流截止１０放电负工作
ｔ１～Ｔｏｎ导通截止截止截止１０充电正模式
Ｔｏｎ～ｔ２截止导通截止续流０１放电正ｔ２～Ｔ截止
导通
截止
截止
０１充电负
２．１．２ 双向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器
双向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器是在单向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ
变换器原功率图４ 双向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器拓扑结构
管上反并联一二极管、原二极管上反并联一功率管后构成的，拓扑结构如图４所示，它也有三种工作模式，若规定电流从
Ｕ１侧流向Ｕ２侧是正向传输模式，电感电流始终为正，反之为反向传输模式，为了保证电流的双向传输，Ｓ１和Ｓ２不能同时导通，还有一种是交替工作模式，在一个周期内电流交替地在Ｕ１和Ｕ２之间流动，此时的开关模态与双向Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ变换器相同，平均能量传输方向取决于ｉＬ
的平均值，当ｉＬ平均值为正时，为正向传输，反之为反向传输。
较之双向Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ变换器，双向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器在同一传输方向中既能实现升压也能实现降压，调压范围较宽，拓扑结构简单，控制与驱动电路易于设计，适用于小功率场合。若应用在电动车电机驱动系统中，因其调压范围宽，当电源端电压大范围波动时，能保持输出端电压为最高电压，有利于保证电动汽
车的动力性能［１０－１１］
，具有平衡电压的作用。
２．１．３ 双向Ｃｕｋ变换器
双向Ｃｕｋ变换器是在单向Ｃｕｋ变换器原功率管Ｓ１
上反并联图５ 双向Ｃｕｋ变换器拓扑结构
一个二极管Ｄ１、原二极管Ｄ２上反并联一个功率管Ｓ２后构成的，其拓扑结构如图５所示，它也有三种工作
模式：正向传输模式、反向传输模式和交替工作模式，表２列出了双向Ｃｕｋ变换器正向和反向传输模式及元器件的工作状态。交替工作模式时，在一个开关周期内，功率管和二极管依次流过电流，平均能量传输方向取决于ｉＬ１和ｉＬ２的平均值，若平均值为正则传输方向是从Ｕ１侧到Ｕ２
侧，若平均值为负则传输方向相反。表２ 双向Ｃｕｋ变换器双向传输工作模式元器件工作状态
Ｓ１
Ｓ２Ｄ１Ｄ２Ｌ１Ｌ２Ｃ３正向
传输导通截止截止截止充电充电放电关断截止截止导通放电放电充电反向传输
截止导通截止截止充电充电放电截止
关断
导通
截止
放电
放电
充电
双向Ｃｕｋ变换器的输入和输出端均有电感元件，能减小电流纹波，但其拓扑结构中没有前向通路，能量只能先通过电容Ｃ３再传输到负载，因此增加了电路的复杂程度，能量传输效率低，不宜
在大功率场合应用［１２］
。
２．１．４ 双向Ｚｅｔａ－Ｓｅｐｉｃ变换器
单向Ｚｅｔａ、Ｓｅｐｉｃ变换器输入与输出的极性相同，由于Ｚｅｔａ构成Ｂ
ＤＣ的拓扑结构与Ｓｅｐｉｃ构成的ＢＤＣ完全相同，故称之为双
图６ 双向Ｚｅｔａ－Ｓｅｐｉｃ变换器拓扑结构
向Ｚｅｔａ－Ｓｅｐｉｃ变换器，其拓扑结构如图６所示，正向传输时等同于Ｚｅｔａ变换器，反向传输时等同于Ｓｅｐｉｃ变换器，与
双向Ｃ
ｕｋ变换器一样，在交替工作模式中，能量传输方向由两个电感的平均电流决定。双向Ｚ
ｅｔａ－Ｓｅｐｉｃ变换器拓扑结构相对复杂，能量传输效率较低，适用于小功率场合［１３］
。
非隔离型ＢＤＣ无电气隔离，拓扑结构简单，易于设计，具有较高的转换效率，适用于小功率场合，为了方便对比四种ＢＤＣ的异同点，表３列出了典型非隔离性Ｂ
ＤＣ的特点。２．２ 隔离型双向ＤＣ－ＤＣ变换器
２．２．１ 传统隔离型双向ＤＣ－ＤＣ变换器
１）双向正激变换器
双向正激变换器是在单向正激变换器一次侧功率管两端并
图７ 双向正激变换器拓扑结构
联二极管、二次侧两个二极管两端分别并联功率管后构成的，拓扑结构如图７所示，可工作在正向传输、反向传输和交
替传输模式，在该拓扑结构中Ｓ１、Ｓ２及Ｓ３均工作在ＰＷＭ控制模式下，Ｓ１、Ｓ２同时导通和关断，并与Ｓ３互补工作。在单向正激变换器中，电流可工作在连续或断续状态下，而在双向正激变换器中，电流下降到零后便会形成反向电流，因此在交替工作模式中不存在电流断续工作状态。双向正激变换器工作原理简单，其控制和驱动电路易于设计，适用于中小功率场合，但所用的变压器处于单向励磁状态，利用率较低。
表３ 典型非隔离型双向ＤＣ－ＤＣ变换器特点
优点
缺点
适用场合
双向Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ变换器
结构简单，控制和驱动电路易于设计，转换效率高。只能进行单向升压或降压变换，输入或输出端存在电感，电流纹波较大。小功率、无需电气隔离和只需单向升降压的场合
双向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器
能进行单向升降压变换，驱动电路简单。
输入输出极性相反，输入输出端无电感，输入输出电流纹波较大。
适用在电动车领域，在短时间内容易实现升降压变换。双向Ｃｕｋ变换器输入输出端由电感滤波，电流纹波较小。
电路结构无前向通路，能量需先通过电容再到输出端，增加了拓扑的复杂程度，能量传输效率低，输入输出极性相反。
适用在输入输出电感电流纹波要求较高的场合
双向Ｚｅｔａ－Ｓｅｐｉｃ变换器
较双向Ｃｕｋ变换器，输入输出极性相同。
电路通路中增加了电容，能量需经过多次转换，
传输效率低，结构复杂。
适用在输出端大电流场合
２）
双向反激变换器
图８ 双向反激变换器拓扑结构
双向反激变换器是在单向反激变换器一次侧功率管上反并联一二极管、二次侧二极管上反并联一功率管后构成
的，拓扑结构如图８所示，可工作在正向传输、反向传输和交替传输模式，同双向正激变换器一样，在交替模式下也不存在电流断续模式。表４列出了双向反激变换器正向传输模式下元器件工作状态。
表４ 双向反激变换器元器件工作状态
Ｓ２
Ｄ１Ｄ２ＷｐＷｓ导通截止截止截止充电放电关断
截止
截止
导通
放电
充电
双向反激变换器具有电气隔离、拓扑结构简单、成本低、双向传输等优点，适合于小功率场合，但相比于双向正激变换器，其变压器既要储能，又要实现电气隔离，因此功率器件可能承受较大
的电压、电流应力［
１４］
，且变压器漏感上的能量不能通过线圈传输到二次侧，这些能量产生的电流会与功率管电容发生谐振，产生
电压尖刺，可能会击穿功率管［１５］
。
３）双向推挽变换器
在单向推挽变换器二次侧二极管两端分别反并联功率管就构成图９所示的双向推挽变换器，它能实现能量的双向传输和电感电流的交替工作，表５列出了正向传输时一个周期内的４个开关模态。双向推挽变换器的变压器也存在漏感，功率管承受较大的电压和电流应力，不适用在环境恶劣的高压场所，但其功率等级较双向反激变换器高一些。
文献［１６］提出了一种应用于四象限运行的直流电动机系统的双向推挽变换电路，特别适用于需要立即制动电机的行业，搭建了５
Ｗ的实验样机，并通过实验验证了仿真结果的正确性与合
理性。
图９ 双向推挽变换器拓扑结构
表５ 双向推挽变换器正向传输开关模态
开关
模态１
开关模态２开关模态３开关模态４ｔ０～ｔｏｎｔｏｎ～Ｔ／２Ｔ／２～Ｔ／２＋ｔｏｎ
Ｔ／２＋ｔｏｎ～ＴＳ１导通
截止截止
截止Ｓ２截止截止导通截止Ｓ３导通导通截止导通Ｓ４截止导通导通导通Ｄ１截止截止截止截止Ｄ２截止截止截止截止Ｄ３导通导通截止导通Ｄ４截止导通导通导通ｉＬ
增加
下降
增加
下降
４）
双向半桥变换器图１０ 双向半桥变换器拓扑结构
在半桥变换器二次侧两个二极管上分别反并联功率管就构成了双向半桥变换器如图１０所示，也有三种工作
模图１１ 双向半桥变换器正向传输工作波形式，图１１所示为该变换器正向传输时功率管工作波形和电感电流波形，此时功率管均工作在ＰＷＭ控制模式下，并采用
移相控制［１７］
，Ｓ１
、Ｓ２和Ｓ３、Ｓ４的驱动信号互补并留有死区区间，在一个
周期内，双向半桥变换器共有１２个工作模态，表６列出了变换器正向传输时半个周期内元器件的工作状态。由于交替工作模式控制复杂，因此在实际场合中不常应用此工作模式。
表６ 双向半桥变换器正向传输元器件工作状态
开关
模态１开关模态２开关模态３开关模态４开关模态５开关模态６ｔｔ０～ｔ１ｔ１～ｔ２ｔ２～ｔ３ｔ３～ｔ４ｔ４～ｔ５ｔ５～ｔ６Ｓ１导通
关断关断关断关断关断Ｓ２关断关断关断导通导通导通Ｓ３导通导通导通导通导通关断Ｓ４关断关断关断关断关断关断Ｄ１截止截止截止截止截止截止Ｄ２截止截止导通截止截止截止Ｄ３导通导通导通导通截止截止Ｄ４
截止
截止
截止
截止
截止
截止
双向半桥变换器拓扑结构简单，所需元器件较少，适用于中小功率场合，并能通过移相控制在不需要辅助元器件的情况下，
实现所有的开关器件的零电压开通，在一定程度上减少了开关损耗，但该拓扑所用的变压器处于单向励磁状态，变压器利用率较低，由于变换器是在移相控制模式下，因此不适用于调压范围较
大的应用场合［
１８］
。５）
双向全桥变换器图１２ 双向全桥变换器拓扑结构
在单向全桥变换器二次侧四个二极管上反并联四个功率管就构成了双向全桥变换器如图１２
所图１３ 双向全桥变换器功率管开通规律和电感电流波形示，其功率管的开通规律和电感电流波形如图１３所示，由图可见，在ｔ＝ｔ１～Ｔ／２期间，Ｓ１、Ｓ４、Ｓ５和Ｓ８导通，电流线性增长，在ｔ＝Ｔ／２～ｔ２期间，Ｓ１关断，Ｓ３开通，电感电流下降，由于Ｄ３和Ｓ４的续流作用，没有电流流过Ｓ３，二次侧Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８均
为开通状态，由于Ｄ５～Ｄ８的续流作用，没有电流流过二次侧功率管，同理在ｔ＝ｔ２～Ｔ期间，工作原理和ｔ＝ｔ１～Ｔ／２期间类似，不再赘述。
较之双向半桥变换器，双向全桥变换器结构复杂，所需器件较多，增加了产品的体积和设计成本，但功率器件的电压、电流应力较小，适用于功率等级较高的场合，若在双向全桥变换电路中加入钳位电路，则可保证功率管全部工作在软开关状态。２．２．２ 电压源型和电流源型双向ＤＣ－ＤＣ变换器
１）电压源型双向ＤＣ－ＤＣ
变换器图１４ 电压源型双向ＤＣ－ＤＣ
变换器通用结构
电压源型ＢＤＣ通用结构如图１
４所示，在变压器两端各有一高频整流／逆变单元，以实现能量双向传输。
由于电压源型ＢＤＣ的输入端不存在电感结构而
只有储能电容，故不适用于输入端需较小电流纹波的场合，而适用于输入端需较小电压纹波场合。常见的电压源型ＢＤＣ如上一
小节所述的双向全桥变换器。
图１５ 电流源型双向ＤＣ－ＤＣ
变换器通用结构
２）电流源型双向ＤＣ－ＤＣ变换器
电流源型ＢＤＣ通用结构如图１
５所示，它的输入端有电感元件，能够对输
图１６ 一次侧推挽，二次侧半桥式拓扑结构入电流进行滤波，适用于输入端电流纹波要求较高的场合。较为常见的电流源型
ＢＤＣ如图１６所示，该拓扑结构一
次侧为电流源型推挽电路，二次侧为半桥电路，常应用在中、小功
率级的场合，其控制方法成熟，稳定性高，但推挽电路对变压器的设计制造工艺有着较高的要求，所以这种拓扑结构的设计也存在
一定的难度［１９］
。
表７列出了隔离型ＢＤＣ与非隔离型ＢＤＣ的优缺点及适用场合，两者在拓扑结构上的主要区别在于有无隔离变压器，由于变压器的一次侧和二次侧的匝比可以设计，合理选取匝比可使变换器在较好的条件下工作，有宽的调压范围，但由于变压器的引入，增大了设备体积，降低了转换效率。
表７ 隔离型与非隔离型ＢＤＣ特点
优点
缺点
适用场合
隔离型Ｂ
ＤＣ抗干扰能力强；输入输出变换比大；有
电气隔离功能，安全性较高；电源异常后，对负载的损害较小。
转换效率低；体积较大；设计成本较高；
设计复杂程度大。
需要电气隔离、高电压，大功率场合。
非隔离型ＢＤＣ
转换效率高；体积较小；设计成本较低；
易于设计。
抗干扰能力弱；输入输出变换比小；无
电气隔离功能，安全性较低；电源异常
后，对负载的损害较大。
无需电气隔离、小功率场合。
３ 基本单元拓展构成的拓扑结构
３．１ 串联型双向ＤＣ－ＤＣ
变换器
图１７ 串联型拓扑结构通用表现形式
串联型拓扑结构是由多个基本变换单元串联组成的，
其通用表图１８ 串联型双向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器现形式如图１７所示，它能够解决传统ＢＤＣ普遍存在的开关管应力大和开关损耗严重等问题，适合在大
功率、高增益场合。具有代表性的拓扑结构如图１８所示的正极
性输出双向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器［２０－２１］
，也称串联型双向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器［２２］，表８列出了其工作模式和功率管的工作状态。
相比于双向Ｂ
ｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器，串联型双向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器输入输出为同极性，更适用于电动车电机驱动系统，但它使用的开关和二极管器件较多，且升压模式下必须同时导通两个功率管，功率管不能工作在软开关模式下，开关通态损耗较大。表８ 串联型双向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换器双向传输功率管工作状态
正向传输
反向传输
升压模式
降压模式升压模式降压模式Ｓ１保持导通ＰＷＭ控制不工作不工作Ｓ２不工作不工作ＰＷＭ控制保持截止Ｓ３不工作不工作保持导通ＰＷＭ控制Ｓ４
ＰＷＭ控制
保持截止
不工作
不工作
３．２ 并联型双向ＤＣ－ＤＣ变换器
并联型拓扑结构是由多个基本变换单元并联组成的，其通用表现形式如图１
９所示，这种结构的功率等级较高，
但随着并联单图１９ 并联型拓扑结构
通用表现形式
元数量的增多，设计成本以及体积也会随之增加，控制方法也会越来越困难。图２０所示的非隔离型三相双向Ｂ
ｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ变换器主电路拓扑结构，它是由相移为１２０°的三个单相双向Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ变换器并联组成，该拓扑采用了多重化技术，降低了输出电流纹波，减少了电路
器件的电流应力［２３］
，其功率等级可
达到几十千瓦，甚至上百千瓦
［２４］
。
图２０ 三相Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ双向变换器拓扑结构
３．３ 组合型双向ＤＣ－ＤＣ变换器
组合型拓扑结构通用表现形式如图２１所示，其中Ｃｅｌｌ１为非隔离型ＢＤＣ，Ｃｅｌｌ２和Ｃｅｌｌ３组合为隔离型ＢＤＣ
。
图２１组合型拓扑结构通用表现形式
在非隔离型ＢＤＣ中，由于Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ的电感在两个功率管
中间，其输入输出电流纹波较大，不适用于组合型拓扑结构，双向
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议