4.2 双向DC-DC变换电路拓扑在线视频

同学们好

我们今天学习双向DCDC

变换电路的典型拓扑结构以及它们的特点

我们知道DCDC变换器

是将一种直流电变换为另一种直流电的技术

那么双向DCDC变换电路

就是能够实现功率双向传输

并进行直流电力控制和变换的电路

双向DCDC电路

他在这个储能和直流输配电应用领域呢

都具有非常重要的作用

是储能单元和直流电网或母线

不同电压等级直流母线之间的重要接口电路

他有直流变压器之称

双向DCDC变换器的拓扑结构类型多样

若根据电路输入侧和输出是否存在电气隔离

分为隔离型和非隔离型两大类

非隔离型的双向DCDC变换电路

就是指直流输入侧和输出侧呢

存在直接的电气连接的电路

那么典型的非隔离型双向DCDC电路

如图中所示

包括正极性的双向DCDC变换器

反极性的双向DCDC变换器

双向Cuk变换器

以及双向Sepic/Zeta变换器

正极性就表示

输入侧和输出侧直流电压呢

相对公共端具有相同的极性

反极性表示输入侧和输出侧直流电压极性相反

那么这里有一点需要注意了一下

就是A和B中这两种电路呢

都可称为双向Buck boost变换器

但是为了表示区分

B中的电路

因为他是在这个

传统单向升降压斩波电路的基础上构成的

所以这里我们沿用升压斩波电路的表示方法

Buck-Boost的也就是Buck和Boost之间

我们用一短横线表示

而A中的电路呢

在Buck-Boost之间

我们与反斜杠来表示

那么非隔离型的这个双向DCDC变换器

它的拓扑结构相对简单

设计容易

转换效率也较高

通常适用于无需电气隔离的

中小功率场合

这是正极性双向Buck/Boost变换电路的拓扑

他的输入侧和输出侧极性相同

它可看成是在单向Buck

或Boost变换器基础上构成的

即在原来的全控器件两端反并联一个二极管

在原二极管的两端反并联一个全控器件构成

所以这个电路呢

他有两种工作模式

我们看图中所示

当功率由左向右传输时

电路相当于Buck电路

工作在降压模式

当功率由右向左传输时

电路相当于Boost电路

工作在升压模式

而且我们还可以看到

正极性双向Buck-Boost变换电路

它输入电压和输出电压的大小关系是相对固定的

如图中E1就是高压侧

E2是低压侧

他们两者的位置不变

第二种是反极性的双向Buck-Boost变换电路

输入侧和输出侧直流电压的极性是相反的

除了极性方向

输入电压和输出电压的大小相对关系

也不是固定的

这是因为呢

这个电路

它是在单项升降压斩波电路的基础上而获得的

我们看

当对开关S1进行PWM控制时

电路就是功率从左向右传输的升降压斩波电路

当对开关S2进行PWM控制时

电路就是功率由右向左传输的

这个升降压斩波电路

所以无论向哪个方向传输功率

这个电路都是升降压斩波电路

都可以实现升压

或者是降压

第三种是双向Cuk型DC/DC变换电路

那对比单向传统Cuk电路可知

双向Cuk电路就是在单向Cuk电路的基础上

将原来的二极管反并联全控器件

对原来的全控器件上反并联一个二极管

从而就实现了功率的双向流动

双向Cuk变换器

输入输出极性相反

优点是输入输出端均有电感

电流纹波较小

缺点是能量传输效率低

拓扑也相对较复杂

第四个是

双向Sepic/Zeta型DC/DC变换电路

那对比单向Sepic电路和Zeta电路可知

我们将电路中的开关管和二极管

都用带反并联二极管的全控器件替代后

Zeta构成的双向电路

和Sepic构成的双向电路是完全一样的

是完全相同的

如这个右边的图所示

因此称为双向Sepic/Zata DC/DC变换器

这个电路输入输出极性是相同的

输入输出端均有电感

因此也具有电流纹波较小的优点

缺点是传输效率低

结构比较复杂

上面是非隔离型的电路

接下来我们看隔离型的电路

隔离型的双向DCDC电路最主要的特点

就是变换电路中存在中频或高频变压器

由于变压器的存在

那么除了能实现输入输出侧的电气隔离

还能通过变压器匝比的设计

实现输入输出侧的这个电压匹配

而不是仅仅通过开关占空比进行电压变化

那么这样呢

电压变化的范围也就进一步增大了

传统的隔离型双向DCDC变换电路

是在单向正激变换电路

反激变换电路

和推挽变换电路的基础上

在原一二次侧特定的二极管上

反并联一个全控器件

全控器件两端

反并联二极管而构成的

这些电路变压器利用率较低

主要应用于中小功率的场合

那么

目前较为受关注的隔离型双向DCDC变换电路

主要是双主动桥DC/DC变换电路

也称为双有源桥DC/DC

英文缩写为DAB

当直流侧为电容的时候

称为电压型的DAB

他们根据高频交流环节电路拓扑的不同

主要有采用移相控制的移相型DAB

如图A中所示

还有这个利用谐振回路实现软开关的谐振型DAB

如图B中所示

而构成一二次侧的桥式结构呢

除了图中给出的全桥外

还可以是半桥或者是多电平桥等结构

当直流侧存在较大的电感的时候

就构成了电流型DAB

电流型DAB由于电感的存在

电流纹波比较小

在蓄电池功率控制领域的应用

受到了较多的关注

双主动桥DC/DC变换电路

还有它的应用呢

将在其他章节中进行重点的讲解

这里不做详细的介绍

前面我们介绍的都是单个电路拓扑结构

那么现在呢

为了适用于高压大变比和大功率的场合

无论是隔离型的

还是非隔离型的双向DCDC电路

都可以作为基本单元

可以拓展成多模块的拓扑结构

目前较多采用的模块化拓展形式

主要有串联型

并联型

还有高压串联

低压并联等等

图A中是串联型的通用形式

多个变换器前后串联

那么B中是并联型

C中是高压串联

低压并联型型

或者也可以称为输入串联输出并联

也就是ISOP型

那么这些模块化组合结构

可以解决在这个高压大功率场合中

单个变换器

单个变换电路

电压电流应力受限的问题

以及降低输入输出纹波的

好本节课就到这里

同学们再见