当前课程知识点：现代电力电子技术及应用 > 第4章双向DC-DC变换电路及其在蓄电池储能系统中的应用 > 4.3 双向Buck/Boost变换器工作原理（一） > 4.3 双向Buck/Boost变换器工作原理（一）
同学们好
今天我们讲解双向Buck/Boost变换器的工作原理
对它不同模式下的波形进行分析
双向Buck/Boost电路
可以看成是单向Buck电路
和Boost电路的组合
如图中所示
也就是把单向Buck或Boost电路中的二极管
反并联一个全控器件
全控器件两端反并联一个二极管而构成的
这样双向Buck/Boost电路呢
就包含上下两个桥臂
每个桥臂都是由开关器件
和他的反并联二极管构成
通过对上下两个开关管进行不同的通断控制
就可以实现升压以及降压功能
和功率的双向流动
双向Buck/Boost变换器的PWM控制方式
有独立PWM控制和互补PWM控制两种
独立PWM控制方法是在一个功率方向下
只对一个开关管进行PWM控制
而另一个开关管无触发脉冲
始终处于关断状态
其反并联的二极管呢
作为电感续流通道
如当功率由左向右时
只利用S2管对其进行PWM控制
S1无触发脉冲
D1作为续流二极管
此时电路实际上就是Boost电路
而当功率由右向左时
只对S1管进行PWM控制
S2无触发脉冲
D2作为续流二极管
此时电路实际上就是Buck电路
也就是说
当采用独立PWM控制时
这时候双向Buck/Boost电路呢
是作为独立的单项Buck电路
或Boost电路运行的
那么它的工作原理
与单向Buck或Boost电路一样
这里我们不再详细的讲解
但这种控制方式下
如果功率方向变化的时候呢
控制模式要进行切换
所以在功率
所以在双向功率频繁变化的场合
独立控制不适合采用
另一种更常用的控制方式
是互补PWM控制方式
互补PWM控制方式呢
甚至在任意时刻
无论哪种功率方向下
上下桥臂的两个开关管都工作于PWM状态
且在一个开关周期内互补导通
而功率的方向则取决于电感中电流平均值的正负
本节课就重点介绍双向Buck/Boost电路
采用互补PWM控制时
分别工作在正向功率和反向功率下的波形
我们先看正向功率下的波形
右图最上面是开关信号
S1和S2互补导通
当S2导通时
电源E1侧经电感L
开关管S2能够构成回路
那么电源E1就加到了电感的两端
因为我们假设此时电感电流是正的
电感两端又加一个正的电压E1
所以电感储能
电感电流正向增加
此时开关器件S2电压是0
因为它导通所以电压为0
电流呢和电感电流相同
也是正向增加
这时候D1承受反压关断
那么上桥臂S1和D1都不导通
就把一侧的回路和负载侧隔离开了
负载测电容上的电压给后面的负载进行供电
再看S2关断时的波形
S2关断后呢
电源E1侧这个回路就断开了
此时电感电流仍为正
它要找续流通道
将经过二极管D1续流
流向高压侧
虽然此时S1有触发信号
但是它不导通
而是由其反并联二极管导通续流
因为D1导通
那么输出电压E2的正电位
相当于加到了a点
则电感电压为E1-E2
因E2是高压侧
所以E1-E2是负值
电感电压为负值
所以电感电流正向下降
此时开关器件S2两端电压是E2
二极管D1的电流和电感电流相同
这是S2关断区间的波形
根据前面的分析可知
当电感电流为正的时候
实际上电路中只有开关器件
S2和D1参与电路的工作
交替流过电感中的电流
虽然S1和S2都工作于PWM控制
但S1不会导通
在S1触发的区间
是由其反并联的二极管D1进行续流
那么S2和D1交替工作
所以呢双向Buck/Boost电路
和传统单向Boost电路工作情况是相同的
我们称该正向功率模式为Boost模式
然后我们看反向功率下的波形
图中电感电压和电流的参考方向仍然不变
功率反向了则表明实际电感电流
和图中参考方向相反是负值
开关信号仍然不变
S1和S2互补导通
当S1导通时在S1导通的区间
此时因为电感电流是负值
电感电流由E2高压
侧经S1
电感L
流向E1侧
电感两端电压是E1-E2
是负的电压
电感电流是负的电流
又加上一个负的电压
所以电感电流继续向负向增加
远离横坐标轴
从能量的角度看电感此时是储能的
S1导通
所以S1两端电压为0
S1的电流呢和电感电流是相同的
当在S1关断S2给触发脉冲的区间呢
因为此时电感电流为负值
所以S2其实有触发脉冲也不会导通
还是由他的反并联二极管D2续流
那么电感电流经D2流回E1侧
此时电感两端电压就是E1
是一个正的电压
所以电感的电流是向上增加的
是向着横坐标轴方向线性增加
电感此时的能量释放回E1侧
开关管S1两端电压是E2
电流是零
二极管D2电流等于电感电流
那通过刚才的分析可以知道
当电感电流为负的时候
实际上电路中只有开关管S1
和二极管D2交替流过电感中的电流
虽然S1和S2都工作于PWM控制
但S2不会导通
在S2触发的区间
是由其反并联的二极管D2参与续流
因为S1和D2交替工作
所以这时候我们看
双向Buck/Boost电路
就是相当于单向Buck电路
因此称这种模式为Buck模式
好
对于双向Buck/Boost电路而言
在互补PWM控制时
当电感电流为负时
为Buck模式
电感电流为正时为Boost模式
我们已经知道了这两种模式下的这个波形情况
那么当电感电流在零电流附近正负交替时
电路的工作状态和波形又是怎样的呢
下一讲再进行阐述
-1.1无功补偿与有源滤波概述
-1.2SVG与APF关键技术
-1.3三相桥式PWM逆变电路
-1.4瞬时功率计算方法
-1.5谐波和无功电流的实时检测
-1.6SVG工作原理及应用
-1.7APF系统控制与仿真
-1.8SVG控制技术与仿真
-第一章习题
-2.1 风力发电技术概述
-2.2 风力发电机组
-2.3 双PWM变流器的运行
-2.4 风力机模型
-2.5 双PWM变流器的数学模型
-2.6 DFIG的数学模型
-2.7 DFIG的控制策略
-2.8 PMSG的数学模型
-2.9 PMSG的控制策略
-第二章习题
-3.1 柔性直流输电系统概述
-3.2 柔性直流输电的拓扑结构
-3.3 子模块的拓扑结构及工作原理
-3.4 MMC的调制方法——NLM
-3.5 MMC的调制方法——PWM
-3.6 MMC-HVDC的建模
-3.7 MMC的谐波分析
-3.8 MMC的均压均流控制
-3.9 柔直换流器的控制系统
-第三章习题
-4.1 蓄电池储能系统概述
-4.2 双向DC-DC变换电路拓扑
-4.3 双向Buck/Boost变换器工作原理（一）
-4.4 双向Buck/Boost变换器工作原理（二）
-4.5 双向Buck/Boost变换器数学模型
-4.6 蓄电池模型
-4.7 基于双向Buck/Boost变换器的BESS充放电控制
--4.7 基于双向Buck/Boost变换器的BESS充放电控制
-第四章习题
-5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述
--5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述（上）
--5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述（下）
-5.2 双有源桥式变换器拓扑及工作原理
-5.3 双有源桥式变换器最小无功功率控制
-5.4 双有源桥式变换器软开关技术
-5.5 双有源桥式变换器在直流电力电子变压器中的应用
-5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用
--5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用（上）
--5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用（下）
-第五章习题
