发布时间 : 星期日 文章数字控制双向半桥DC-DC变换器的设计更新完毕开始阅读5714e22abcd126fff7050ba6
**大学毕业设计（论文）
0 引言
电力电子技术是研究电能变换原理与变换装置的综合性学科，是电力行业中广泛运用的电子技术。从上世纪60年代开始，电力电子技术作为一门新兴的学科得到迅速地发展，它是以研究和应用半导体器件来实现电力变换和控制的技术，是一门由电工、电力半导体器件以及控制技术相互交叉而出现的新兴学科。
电力电子技术研究的内容非常广泛，包括电力半导体器件、磁性元件、电力电子电路、集成控制电路以及由上述元件、电路组成的电力变换装置，其中电力变换技术是开关电源的基础和核心。
由于生产技术的不断发展，电力电子技术也随之迅速发展，使得双向DC-DC变换器的应用日益广泛。尤其是软开关技术的出现，使双向DC-DC变换器不断朝着高效化、小型化、高频化和高性能化的方向发展，开关技术的应用可以降低双向DC-DC变换器的开关损耗，提高变换器的工作效率，为变换器的高频化提供可能性，从而减小变换器的体积，提高变换器的动态性能。双向DC-DC变换器在直流不停电电源系统、航空电源系统、电动汽车等车载电源系统、直流功率放大器以及蓄电池储能等场合都得到了广泛的应用。
1
数字控制双向半桥DC/DC变换器的设计
1 概述
1.1 研究内容
随着科技和生产的发展，双向DC-DC变换器的需求逐渐增多。人们对它的研究越来越感兴趣。本章简单介绍了双向DC-DC变换器的原理和用途。针对双向DC-DC变换器的研究现状，阐明了开展双向DC-DC变换器研究的目的和意义。
1.2 双向DC-DC变换器的原理
双向DC-DC变换器可广泛的应用于直流不停电电源系统、航天电源系统、混合电动汽车中的辅助动力供应系统、直流电机驱动系统及其它应用场合[1-3]。在这些需要能量双向流动的场合，两侧都是直流电压源或直流有源负载，它们的电压极性保持不变,希望能量双向流动，也就是电流的双向流动。这就需要双向DC-DC变换器。其结构如图 1-1（a）所示，在两个直流电压源之间有一个双向DC-DC变换器，用于控制其间的能量传输[4]。I1和I2分别是V1和V2的平均输入电流。双向DC-DC变换器可以根据实际需要来控制能量的流动方向，即可以使能量从V1传输到V2 (此时I1为负，而I2为正），也可以使能量从V2传输到V1（此时I1为正，而I2为负）。用通常的单向 DC-DC 变换器也可以实现能量的双向流动，但是这时就需要将两个单向DC-DC变换器反并联，因为通常的单向DC-DC变换器中主功率传输通路上一般都有二极管这个环节，因此能量经由变换器流动的方向只能是单向的。其结构图如图 1-1（b）所示，单向DC-DC变换器①被用来控制处理从V1到V2的能量流动，当需要能量反向流动时就使用单向DC-DC变换器②。与采用两个单向 DC-DC变换器反并联来达到能量双向传输的方案相比，双向DC-DC变换器应用同一个变换器来控制能量的双向传输，使用的总体器件数目少，且可以更加快速地进行两个方向功率变换的切换。再者，在低压大电流场合，一般双向DC-DC变换器更有可能在现成的电路上使用同步整流器工作方式，有利于降低通态损耗。总之，双向DC-DC变换器具有效率高、体积小、动态性能好和成本低等优势。
2
**大学毕业设计（论文）
正向工作模式(I1<0，I2>0)I1I2单向变换器①I1V1I2V1V2V2双向DC-DC变换器单向变换器②反向工作模式(I1>0，I2<0)
(a) 双向DC-DC变换器结构 （b）双单向变换器结构
图1-1 双向DC-DC变换功能框图
Fig1-1 Block diagram of bi-directional DC-DC converter
1.3 双向DC-DC变换器的应用
1.3.1 不停电电源系统
直流不停电系统有两种系统结构。
一种系统结构如图1-2所示，直流总线上直接并蓄电池组。当外部交流输入电源掉线时，负载由蓄电池来提供能量。正常供电时，交流输入对蓄电池浮充。由于蓄电池的电压变化范围很大，造成直流总线的电压也有较大的变化，很多直流负载对输入电压的稳定度有一定的要求，所以需在直流负载与直流总线之间加入DC-DC变换器，以保持直流总线电压的稳定。因此，正常供电时，交流电能要经过AC-DC和DC-DC二级变换，这样降低了效率。
直流总线交流输入电源AC-DC整流器蓄电池双向DC-DC变换器负载 图1-2 含双向DC-DC直流变换器的直流不停电系统 Fig1-2 DC UPS including the single DC-DC converter
另一种系统结构如图 1-3 所示，蓄电池组经过双向DC-DC变换器并到直流总线上
[5][6]
。正常供电时，交流输入电源除了对负载供电外，还通过双向DC-DC变换器对蓄电
池充电。当外部交流输入电源掉电，双向DC-DC变换器工作在反向方式，使蓄电池放电。
3
数字控制双向半桥DC/DC变换器的设计
这种系统结构的好处：1)这种结构把电池充电的工作分离出来，正常供电时，经过一级 AC-DC变换，向负载供电，提高了变换效率；2)运用双向DC-DC变换器单独控制蓄电池的充放电，更容易优化充放电过程，可以延长蓄电池的寿命。
直流总线交流输入电源AC-DC整流器负载双向DC-DC变换器蓄电池
图1-3 含双向DC-DC直流变换器的直流不停电系统 Fig1-3 DC UPS including the bi-directional DC-DC converter
同样道理，双向DC-DC变换器还可成为某些AC-UPS（交流不停电电源系统，也就是通常所说的UPS）中的中间直流总线与蓄电池之间的变换环节，图1-4是在线式交流不停电电源系统的系统结构。蓄电池组也是经过双向DC-DC变换器并到直流总线上。
旁路直流总线交流输入电源AC-DC整流器DC-AC逆变器负载双向DC-DC变换器蓄电池 图1-4 双向DC-DC直流变换器结构的交流不停电系统（在线式） Fig1-4 AC UPS including bi-directional DC-DC converter(on line)
1.3.2 新能源发电系统
卫星及空间站等航天系统的能源主要由太阳能电池阵列和蓄电池组成，航天系统对电源的体积和重量有严格的要求（如图1-5），高功率密度的双向DC-DC变换器成为电源系
4