双向DCDC直流变换器,直流变换电源,直流升压降压转换器
双向dcdc变换器 (2)
双向 DC-DC 变换器简介双向 DC-DC 变换器是一种可以实现能量在两个方向上传输的电路，能够将能量从一个电源转移到另一个电源。
它在电动车、太阳能系统、电池储能系统等应用中得到广泛应用。
本文将介绍双向 DC-DC 变换器的原理、工作模式和应用。
原理双向 DC-DC 变换器通过两个独立的电感和开关器件实现能量的双向传输。
其拓扑结构常见的有升降压式和升压式两种。
在升降压式拓扑中，输入电源可以比输出电源的电压高或低；而在升压式拓扑中，输入电源的电压必须比输出电源的电压高。
下面介绍升降压式和升压式拓扑的工作原理：升降压式拓扑升降压式拓扑常用的桥式电感拓扑是最常见的升降压式拓扑。
其电路图和工作原理如下：升降压式拓扑升降压式拓扑在升降压式拓扑中，当开关 SW1 和 SW2 关闭时，电感 L1 储存电能；当 SW1和 SW2 开启时，通过二极管 D1 转移到电容 C1 上。
同样，当开关 SW3 和 SW4 关闭时，电感 L2 储存电能；当 SW3 和 SW4 开启时，通过二极管 D2 转移到电容 C2 上。
升压式拓扑升压式拓扑常用的桶式电感拓扑是最常见的升压式拓扑。
其电路图和工作原理如下：升压式拓扑升压式拓扑在升压式拓扑中，当开关 S1 关闭时，电感 L1 储存电能；当 S1 开启时，通过二极管 D1 转移到电感 L2 上。
此时，电容 C1 上的电压逐渐升高，最终达到所需的输出电压。
工作模式双向 DC-DC 变换器有三种工作模式：降压模式、升压模式和反向电流保护模式。
降压模式降压模式是指输入电压高于输出电压的情况。
在此模式下，开关器件周期性地开启和关闭，以维持输出电压在设定范围内。
当开关器件关闭时，电感和电容储存能量；而当开关器件打开时，能量从电感和电容中释放，通过二极管传递到输出端。
这个过程会不断循环，以保持输出电压稳定。
升压模式升压模式是指输入电压低于输出电压的情况。
在此模式下，开关器件周期性地开启和关闭，以提供所需的输出电压。
双向DCDC变换器的研究
双向DCDC变换器的研究一、本文概述随着能源科技的不断进步和可再生能源的日益普及，电力电子技术在能源转换和管理中发挥着越来越重要的作用。
双向DC-DC变换器作为一种重要的电力电子设备，具有在宽范围内调节电压、实现能量的双向流动以及高效率的能量转换等特点，因此在电动汽车、储能系统、微电网等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在对双向DC-DC变换器进行深入研究，分析其工作原理、拓扑结构、控制策略以及优化方法，以期为该领域的发展提供理论支持和实践指导。
本文将介绍双向DC-DC变换器的基本概念和分类，阐述其在不同应用场景中的重要作用。
接着，将重点分析几种典型的双向DC-DC变换器拓扑结构，包括其工作原理、性能特点以及适用场景。
在此基础上，本文将探讨双向DC-DC变换器的控制策略，包括传统的控制方法和现代的控制算法，分析各自的优缺点，并提出改进和优化方法。
本文还将关注双向DC-DC变换器的效率优化问题，研究如何通过降低损耗、提高转换效率来实现更高效的能量转换。
还将探讨双向DC-DC 变换器在实际应用中面临的挑战和问题，如电磁干扰、热管理、可靠性等，并提出相应的解决方案。
本文将总结双向DC-DC变换器的研究现状和发展趋势，展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，期望能够为双向DC-DC变换器的设计、优化和应用提供有益的参考和启示。
二、双向DCDC变换器的基本原理与结构双向DC-DC变换器，又称为双向直流转换器或可逆DC-DC变换器，是一种特殊的电力电子装置，它能够在两个方向上进行电压和电流的转换。
这种转换器不仅可以像传统的DC-DC变换器那样将一个直流电压转换为另一个直流电压，而且还可以在两个方向上进行这种转换，即既可以实现升压也可以实现降压。
双向DC-DC变换器的基本原理基于电力电子转换技术，主要利用开关管和相应的控制策略，实现电源和负载之间的能量转换。
其核心部分包括开关管、滤波器、变压器以及相应的控制电路。
双向DCDC变换器的分析研究
双向DCDC变换器的分析研究双向DC-DC变换器是一种电力电子器件，用于将直流电能从一个电源转换为另一个电源。
它具有很多应用领域，例如光伏发电系统、电动车充电系统等。
本文将对双向DC-DC变换器进行分析研究，包括工作原理、拓扑结构和性能分析。
双向DC-DC变换器的工作原理如下：当输入电压大于输出电压时，变换器工作在升压模式下，将输入电压提升到输出电压。
当输入电压小于输出电压时，变换器工作在降压模式下，将输入电压降低到输出电压。
变换器通过开关管和电感实现电能的传输和控制。
在升压模式下，开关管导通，将电能储存在电感中，然后关断开关管，使储存的电能通过二极管传递到输出端。
在降压模式下，开关管关断，电感中储存的电能通过二极管传输到输出端。
双向DC-DC变换器有多种拓扑结构，常见的有双边激磁变换器、双边换流电感变换器、双边开关电流变换器等。
其中，双边激磁变换器是一种常用的结构，其工作原理如下：当开关管Q1导通时，输入电源通过L1传导到电容C1和负载，此时输出电压上升；当开关管Q2导通时，L2向负载提供能量，同时电容C2对电流进行平滑滤波。
要对双向DC-DC变换器进行分析研究，需要考虑以下几个关键因素。
首先是效率。
双向DC-DC变换器的效率是指输出功率与输入功率之间的比值。
高效率的变换器可以减少能量的损耗，提高系统的能量利用率。
影响效率的因素主要包括开关管的导通损耗、电感和电容元件的损耗以及输出负载的功率损耗。
研究如何提高变换器的效率，可以通过优化开关管的驱动方式、选择合适的电感和电容元件以及优化输出负载的设计来实现。
其次是稳定性。
双向DC-DC变换器的稳定性是指输出电压稳定在期望值附近的能力。
稳定性的分析主要包括输出电压的波动范围，以及对输入电压和输出负载变化的响应能力。
实际应用中，稳定性是非常重要的，因为电子系统对电压的稳定性要求很高。
研究如何提高变换器的稳定性，可以通过选择合适的控制策略和设计均衡电压环路来实现。
双向dc-dc变换器是什么 双向dcdc变换器原理
双向dc-dc变换器是什么双向dcdc变换器原理双向直流变换器双向DC-DC变换器是实现直流电能双向流动的装置，主要应用于混合动力汽车和直流不间断供电系统等双向直流变换器采用经典BUCK/BOOST电路拓扑，具备升降压双向变换功能，即升降压斩波电路。
能量从C1流向C2时，直流变换器工作在BOOST模式下，实现升压功能；能量从C2流向C1时，直流变换器工作在BUCK模式下，实现降压功能。
双向直流变换器功能描述：恒压充、放电机转换，恒功率充、放电及转换等；电池侧和直流母线侧双向升降压；l 兼容多种不同配置和型号的蓄电池；电池侧接光伏电池板时具备MPPT功能；多台变流器并联运行控制功能（主从控制，下垂控制）；双向直流变换器原理所谓双向DC-DC变换器就是DC-DC变换器的双象限运行，它的输入、输出电压极性不变，但输入、输出电流的方向可以改变。
变换器的输出状态可在V o-lo 平面的一、二象限内变化。
变换器的输入、输出端口调换仍可完成电压变换功能，功率不仅可以从输入端流向输出端，也能从输出端流向输入端。
图1-1为BDC的二端口示意图。
从各种基本的变换器拓扑来看，用双向开关代替单向开关，就可以实现能量的双向流动。
双向DC-DC变换器实现了能量的双向传输，在功能.上相当于两个单向DC-DC变换器，是典型的机两用”设备。
在需要双向能量流动的应用场合可以大幅度减轻系统的体积重量及成本，有重要研究价值。
双向DC-DC变换器的应用在一一个系统中的直流电源(或直流源性负载)间需要双向能量流动的场合都需要双向DC-DC变换器。
因此直流电机驱动系统、不停电电源系统、航空航天电源系统、太阳能(风能)发电系统、能量储存系统(如超导储能)、电动汽车系统等系统中都有其适用场合。
下面列举几个预研的或已应用的实例，以使BDC的概念更清晰。
双向直流变换器因公环境介绍双向DC-DC变换器是能够根据能量的需要调节能量双向传输的直流到直流的变换器。
DCDC直流变换器
第一章绪论本章介绍了双向DC/DC变换器（Bi-directionalDC/DCConverter，BDC)的基本原理概述、研究背景和应用前景，并指出了目前双向直流变换器在应用中遇到的主要问题。
1.1双向DC/DC变换器概述所谓双向DC/DC变换器就是在保持输入、输出电压极性不变的情况下，根据具体需要改变电流的方向，实现双象限运行的双向直流/直流变换器。
相比于我们所熟悉的单向DC/DC变换器实现了能量的双向传输。
实际上，要实现能量的双向传输，也可以通过将两台单向DC/DC变换器反并联连接，由于单向变换器主功率传输通路上一般都需要二极管，因此单个变换器能量的流通方向仍是单向的，且这样的连接方式会使系统体积和重量庞大，效率低下，且成本高。
所以，最好的方式就是通过一台变换器来实现能量的双向流动，BDC就是通过将单向开关和二极管改为双向开关，再加上合理的控制来实现能量的双向流动。
1.2双向直流变换器的研究背景在20世纪80年代初期，由于人造卫星太阳能电源系统的体积和重量很大，美国学者提出了用双向Buck/Boost直流变换器来代替原有的充、放电器，从而实现汇流条电压的稳定。
之后，发表了大量文章对人造卫星应用蓄电池调节器进行了系统的研究，并应用到了实体中。
1994年，香港大学陈清泉教授将双向直流变换器应用到了电动车上，同年，F.Caricchi等教授研制成功了用20kW水冷式双向直流变换器应用到电动车驱动，由于双向直流变换器的输入输出电压极性相反，不适合于电动车，所以他提出了一种Buck-Boost级联型双向直流变换器，其输入输出的负端共用。
1998年，美国弗吉尼亚大学李泽元教授开始研究双向直流变换器在燃料电池上的配套应用。
可见，航天电源和电动车辆的技术更新对双向直流变换器的发展应用具有很大的推动力，而开关直流变换器技术为双向DC/DC变换器的发展奠定了基础。
1994年，澳大利亚FelixA.Himmelstoss发表论文，总结出了不隔离双向直流变换器的拓扑结构。
双向DCDC变换器
双向DCDC变换器1、什么是双向DCDC在储能系统、以及汽车动力系统中，存在既需要向负载供电，又存在给电池等放电的情况，我们也把这种电流反向馈入电源侧的模式称为馈电，也称这种能量可以双向流动的开关变换器为双向变换器（Bi_direactional DC/DC Converter）。
同样其也分为隔离与非隔离。
之前我们介绍的变换器均只有一个开关管，且只能实现电流的单一反向流动，所以其能量也是单相传递。
其实从理论上来说，比如buck电路正向来看是降压，反向看其实就是升压电路，所以我们只需要让该电路能够正向实现降压，反向实现升压就可以变成双向变换器。
比较简单一点的话就是用一个单向buck电路与boost电路进行并联，但是成本有点高。
下面我们就通过buck电路和boost电路合并成双向变换器:上图通过传统的buck电路和boost电路合成最终的双向buck电路，这个电路算是非常经典的双向DCDC电路了，并且在目前也是应用非常广泛的。
如果不进行同步整流情况下，buck模式打上管子储能，下管关闭，通过下管二极管实现续流，电流从左向右流动实现降压效果。
同样反向boost模式，下管导通使得电感储能，通过上管的反向二极管实现续流，所以两个开关管之间要留有足够的死区时间，避免短路直通，损坏器件。
然而其具体工作在buck模式还是boost模式需要根据占空比和两侧电压大小来确定，且对于双向buck电路电流没有断续模式，同样也是遵循电感的伏秒平衡和电容的安秒平衡。
其他双向电路也是由对应的单相升降压复合而成。
2、DCDC开环与闭环控制DCDC的开环控制就是通过输出固定的占空比，根据电压传输比例进行开环的电压电流输出模式。
而闭环控制是通过输出的电流电压反馈调节占空比，最终使得输出电压或者电流稳定在目标值附近。
DCDC常用的直接控制电压的单环和电压电流双闭环控制，而电压电流双闭环控制由于稳定性和抗干扰能力强被广泛使用，通常是电压作为外环，电流作为内环。
双向DC-DC变换器研究
双向DC-DC变换器摘要：双向DC/DC变换器是一种可以实现“一机两用”的设备，可用其得到能量的双向传输，并且在有些需要能量双向流动的场合，双向DC/DC变换器可大幅度减轻系统的体积、重量以及成本价值，有着重要的研究意义。
首先介绍的是双向DC/DC变换器的概念、应用场合以及其研究现状，并在此基础上分析了电压—电流型双向全桥DC/DC变换器；Buck充电模式时，高压侧开关有驱动信号，低压侧开关管驱动信号封锁，仅用功率开关管的体二极管整流；此时电路为电压型全桥结构；Boost放电模式时，低压侧开关管有驱动信号，高压侧开关管驱动信后封锁，仅用功率开关管的体二极管整流；此时电路为电流型全桥结构。
然后，分别对buck充电模式和boost放电模式的工作原理进行了分析。
最后利用Proteus软件分别对buck充电模式和boost放电模式的开环和闭环进行了仿真，给出了各部分的波形图，最后得出的仿真结果和理论一致。
关键词：双向DC-DC变换器 Buck充电模式 Boost放电模式目录前言 (3)1.方案论证 (4)1.1方案一 (6)1.2 方案二 (6)1.3 方案选择 (7)2.电路设计和原理 (7)2.1 5V电压源电路设计 (7)2.2 0.1s (8)2.2.1 引脚及功能表 (9)2.2.2 (10)2.3 计数电路设计 (11)2.4电路设计 (13)2.5显示电路设计 (14)2.6控制电路设计 (15)3.软件仿真调试 (15)3.1 软件介绍 (15)3.2 调试步骤及方法 (16)4.故障分析及解决方法 (17)5.总结与体会 (18)附录： (20)A、总体电路图 (20)B、元器件清单 (20)C、元器件功能与管脚 (21)D、参考文献 (24)前言当您电池的最后一焦耳电能被耗尽时，功耗和效率就将真正呈现出新含义。
以一款典型的手机为例，即使没有用手机打电话，LCD屏幕亮起、显示时间及正在使用的网络运营商等任务也会消耗电力。
双向DCDC变换器设计
双向DCDC变换器设计双向直流-直流（DC-DC）变换器是一种电力电子设备，能够实现两个不同电压等效电路之间的能量转换和传输。
这种变换器常用于电池系统、节能转换系统和电网隔离系统等应用中。
本文将介绍双向DC-DC变换器的设计原理、工作原理和性能评估。
一、设计原理双向DC-DC变换器可以分为两个部分：升压变换器和降压变换器。
升压变换器将低电压输入提升为较高电压输出，而降压变换器则将高电压输入降压为较低电压输出。
这两个变换器可以通过一个可调节的开关来实现输出电压的控制。
在实际应用中，通过PWM（脉宽调制）技术来控制开关的导通时间，从而实现输出电压的调节。
二、工作原理双向DC-DC变换器的工作原理如下：1.当升压变换器开关导通时，输入电压经过电感储能，同时输出电容储能开始将能量传递到输出端。
2.当升压变换器开关断开时，储能元件的电感和电容开始释放储存的能量，使输出电压保持稳定。
3.当降压变换器开关导通时，输入电压先通过输出电容释放能量，同时电感储能元件开始储存电能。
4.当降压变换器开关断开时，储能元件释放储存的能量，实现输出电压的稳定。
三、性能评估设计双向DC-DC变换器时需要评估以下几个关键性能参数：1.效率：双向DC-DC变换器的效率主要取决于开关的损耗和传输效率。
通过合理选择开关元件和功率传输电路，可以提高变换器的效率。
2.响应时间：双向DC-DC变换器需要能够快速响应输入电压和输出负载的变化。
降低电路和控制系统的响应时间可以提高变换器的动态性能。
3.稳定性：双向DC-DC变换器需要具有良好的稳定性，以确保输出电压在不同负载条件下保持稳定。
在设计过程中应考虑噪声抑制和滤波技术。
4.安全性：在设计双向DC-DC变换器时，需要考虑过电流、过压和过温等保护功能，以防止电路损坏和事故发生。
在实际设计过程中，还需要考虑其他因素，如电路拓扑选择、元件选择、控制算法和布局布线等。
针对不同的应用需求，可能需要做出不同的设计决策。
双向DCDC变换器.
双向DC-DC变换器摘要：双向DC-DC变换器是能够根据能量的需要调节能量双向传输的直流到直流的变换器。
本文阐述的双向DC-DC变换器通过集成运放加三极管组成的恒流源实现实现电池的充电功能以及由TL494组成的升压电路实现对电池的放电功能，LCD液晶屏用于显示充电电池的充电电流，并且能够自动转换变换器充放电工作模式。
此作品电路简单，效率较高，性能稳定；可以满足题目的要求，可适用于直流不停电系统、太阳能电池变换器、电动汽车等方面。
关键词：双向DCDC变换器；恒流源；TL494一、方案论证与比较：恒流源方案比较：方案一：由晶体三极管组成的恒流源，利用三极管集电极电压变化对电流影响，并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流的恒定。
由于晶体管参数受温度变化影响，要采用温度补偿及稳压措施，增加电路的复杂性且输出电流不便调节。
方案二：集成运算放大器和MOS管组成的压控型恒流源，利用运放来驱动功率管MOSFET的导通程度，获得相应的输出电流在采样电阻上产生的采样电压作为反馈电压送到运放的反相输入端，并与同相输入端的给定电压进行比较，依此对MOS管的驱动电压进行调整，达到对功率管的导通电流进行调整的目的；采用放大器负反馈构成的恒流源，可以获得较高精度、较大的电流输出。
因此本设计采用方案二。
DC-DC升压电路方案比较：方案一：结构如下图所示，可以实现输出端与输入端的隔离，适合于输入电压与输出电压之比远大于一或远小于一的情形，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率低，而且结构复杂。
直流交流交流直流逆变电路变压器整流电路滤波器图1—1方案二：用Boost升压电路，拓扑结构如图1-2所示。
开关的导通和关断受到外部PWM信号控制，电感L将交替的储存和释放能量，电感L储能后使电压泵升，而电容C可将输出电压保持住，输出电压与输入电压的关系为u0=(Ton+Toof),通过改变PWM控制信号的占空比可以实现相应输出电压的变化。
dc-dc变换器
dc-dc变换器DC-DC变换器概述DC-DC变换器是一种用于将直流电压转换为不同电压级别的电子设备。
它们在各种应用中被广泛使用，例如电力电子系统、通信设备、汽车电子和工业控制等领域。
DC-DC变换器的主要功能是将输入电压转换为所需的输出电压，并为负载提供恒定的电源。
工作原理DC-DC变换器的工作原理基于电感和电容的特性。
它通常由开关器件（如晶体管或MOSFET）、电感、电容和控制电路组成。
当开关器件关闭时，电感储存了电能，并将其传输到输出电路。
当开关器件打开时，电容通过输出电路释放储存的电能，从而为负载提供所需的电源。
类型DC-DC变换器有多种类型，根据其拓扑结构可以分为多种类型，包括升压变换器、降压变换器、升降压变换器和隔离型变换器等。
每种类型都有其适用的应用场景。
升压变换器升压变换器将输入电压转换为更高的输出电压。
它通常用于需要提供高电压的应用，例如太阳能和风能系统。
降压变换器降压变换器将输入电压转换为更低的输出电压。
它通常用于需要提供低电压的应用，如便携式电子设备和电动车辆。
升降压变换器升降压变换器可以在输入和输出之间进行电压转换。
它具有较强的适应性，适用于输入输出电压波动较大的应用，如太阳能系统。
隔离型变换器隔离型变换器通过磁耦合实现输入和输出之间的电气隔离。
它主要用于需要提供电气隔离的敏感应用，如医疗设备和工业控制系统。
效能和特性DC-DC变换器的效能和特性对于其性能至关重要。
以下是一些常见的效能和特性指标：1. 效率：变换器的效率是指输出功率与输入功率之比。
高效的变换器可以提高系统的能量利用率。
2. 转换速度：变换器的转换速度是指输出电压从一个电平转换到另一个电平所需的时间。
快速的转换速度可以减少能量损耗和电压波动。
3. 稳定性：变换器的稳定性是指在输入电压和负载变化时，输出电压的稳定性。
稳定的输出电压可以保证负载的正常运行。
4. 输入和输出电压范围：变换器应具有足够的输入和输出电压范围以适应各种应用场景。
DC-DC Converter (直流变换器)资料
Ui
D
L
iL iO
R
Uo C
L
S
导通 Ui
C
电感电流：
连续 (CCM-Continuous Current Mode)
临界 断续(DCM-Discontiuous Current Mode)
S 阻断
电压纹波、谐波、内阻 ……
L
iL 0
C
iL 0
C
R Uo
R
Uo
R Uo
1 电流的不同状态
★ 电流连续状态：
uL iC
S1
S1
T
S2
t
S1 S2
S2
★ 电流临界状态：
I LM
1 L
tON 0
uLdt
1 L
(U i
Uo )tON
DTUi (1 D) L
临界电流平均值：
I LC
1 2
I
LM
UiT D(1 D) 2L
4I LCM D(1 D)
I LCM
TUi 8L
Ui
UO
ton
toff
t
DT
D=0.1
D=0.5
D=0.9
★ 电流断续状态：
uL Ui -UO
(1-D)T
t
DT
1T
-UO
2T
(Ui Uo )DT 1TUo Uo D Ui D 1
D 1 1 Uo
续流时间＝？
Ui
iS ii S
D
L
iL iO
R
Uo C
Io
1 2
I LM
(D
1 )T
/T
Uo 2L
1T
(
双向dcdc变换器
双向DC-DC变换器引言双向DC-DC变换器是一种常用的电力电子装置，其功能是将电能从一种电压级别转换到另一种电压级别。
它可以将高压电能转换为低压电能，或将低压电能转换为高压电能，从而实现电能的双向传输。
在许多应用中，如电动汽车、太阳能和风力发电系统以及电池管理系统中，双向DC-DC变换器起着不可或缺的作用。
工作原理双向DC-DC变换器由一对相反的DC-DC转换器组成：升压转换器（boost）和降压转换器（buck）。
两个转换器通过一个电容和多个开关连接在一起，形成了一个闭环的电路系统。
当输入电源电压高于输出电压时，升压转换器工作，将电能从输入端转移到输出端；而当输入电源电压低于输出电压时，降压转换器工作，将电能从输出端转移到输入端。
通过控制开关的状态和频率，可以实现电能的双向传输。
主要组成部分双向DC-DC变换器主要由以下几个组件组成：1.升压转换器(boost)：升压转换器用于将低电压输入转换为高电压输出。
2.降压转换器(buck)：降压转换器用于将高电压输入转换为低电压输出。
3.电容：电容用于储存能量，平滑电压波动，确保输出电压稳定。
4.开关：开关用于控制电能的流动方向和路径，实现电能的双向传输。
5.控制电路：控制电路用于监测输入和输出电压，并根据需要调整开关的状态和频率，以实现电能转换的准确控制。
应用领域双向DC-DC变换器在以下领域得到广泛应用：1.电动汽车：电动汽车需要将电池产生的低电压转换为驱动电机所需的高电压。
反之，制动时产生的高电压还需要转换为低电压进行储存和重用。
2.太阳能和风力发电系统：太阳能和风力发电系统需要将不稳定的输出电压转换成稳定的电网电压，并实现将多余电能注入电网或从电网中提取电能的功能。
3.电池管理系统：电池管理系统需要将电池的直流输出电压转换为其他设备所需的电压级别，并实现电池的充电和放电管理。
4.新能源储存系统：新能源储存系统需要实现从电网中充电和向电网放电的功能，同时保证高效能转换和最大限度地延长电池寿命。
双向直流直流变换器(原创)
报告人：刘士华
目 录
1双向直流变换器及其分类 2正极性输出的双向buck/boost直 流变换器 3Simulink仿真 4接下的任务
双向直流变换器及其分类
双向直流变换器
直流变换器只能将能量从一个方向传到另一个方向，双向直流 变换器则可实现能量的双向传输。双向DC/DC电路搭配不同的 能量储存单元,不但能够提高能量储存系统的灵活性和效率,同 时也改善了系统的动态性能。 双向DC/DC变换器正逐步被使用在各种能量系统中,包括混合动 力车、燃料电池系统、可再生能源系统等。例如具有双向功能 的充电器在供电网正常时用于向蓄电池充电，一旦供电网供电 中断，该电器可将电池电能返回电网，向电网短时应急供电。 控制直流电动机的变换器也应是双向的，电动机工作时，将电 能从电源送到电动机，电动机旋转，带动设备工作，制动时电 机能量通过变换器返回电源。
双向DC的能量流动
双向直流变换器及其分类
双向直流变换器的分类
不隔离的双向 直流变换器 隔离的双向直 流变换器 移向控制双向 直流变换器
双向直流变换 器
组合式双向直 流变换器
双向直流变换器及其分类
变换
单 向
？
双 向
双向直流变换器的拓扑结构多是在已有的单 向直流变换器的基础上,通过为电路中的开关 元件和二极管分别并联反向二极管和开关元 件从而实现能量的双向流动。
如图双向直流变换器仿真图,电感L取值200uH、电容C1，C2都取 1500uF 开关频率20kHZ、负载R为1欧姆。 升压状态模式仿真: 输入电压U1为44V，VTl直通,保持占空比为1,VT4 占空比16%得到输出电压波 形如图所示。
降压状态模式仿真: 输入电压U1为58V，VTl占空比为76%，VT4保持截止状态,即占空比为0,得到输 出电压波形如所示。
dcdc双向升降压原理
dcdc双向升降压原理
DCDC双向升降压原理是一种电源转换技术，可以将输入的电压
进行升压或降压，使其输出到需要的电路中。
这种技术可以在不同电压的电源之间进行转换，使得不同设备之间可以互相兼容。
DCDC双向升降压原理的核心在于使用开关电源，通过调整开关
管的导通时间和断开时间来控制输出电压的大小，从而实现电压的升降。
在升压时，开关管的导通时间要比断开时间长，而在降压时则相反。
同时，使用电感器和电容器来滤波，使输出电压更加稳定。
DCDC双向升降压原理应用广泛，可以用于电动车、太阳能电池板、工业自动化等领域。
在电动车中，它可以将电池的低电压转换为马达需要的高电压，从而驱动电动车运行。
在太阳能电池板中，它可以将太阳能电池板输出的低电压转换为交流电，供给家庭或工厂使用。
在工业自动化中，它可以将高电压的电源转换为低电压，供给各种传感器和执行器使用。
总之，DCDC双向升降压原理是一种非常重要的电源转换技术，
可以实现电压的升降，使得不同设备之间可以互相兼容，应用广泛，为现代工业、交通、能源等领域的发展做出了重要贡献。
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电力变换的四大类型及应用
电力变换的四大类型及应用电力变换是一种将电能从一种形式转换为另一种形式的技术，它在电力系统中起着至关重要的作用。
根据能量转换的不同方式，电力变换可以分为四大类型：直流到直流（DC-DC）变换、交流到交流（AC-AC）变换、直流到交流（DC-AC）变换和交流到直流（AC-DC）变换。
直流到直流变换（DC-DC变换）主要是将一个直流电能源转换为另一个直流电能源，常用的方法有：1. 降压变换器（Buck Converter）：将高电压降至低电压。
2. 升压变换器（Boost Converter）：将低电压提升至高电压。
3. 反激变换器（Flyback Converter）：能够提供隔离性的降压或升压变换。
4. 双向变换器（Buck-Boost Converter）：既能降压又能升压，具有较大的灵活性。
DC-DC变换器的应用非常广泛，例如电动汽车充电、太阳能光伏系统、电池供电系统等。
交流到交流变换（AC-AC变换）是指将一个交流电能源转换为另一个交流电能源，常用的方法有：1. 双绕组变压器（Transformer）：通过变压器的变压比实现电压的升降。
2. 同步变压器（Synchronous Transformer）：具有可调整变比的变压器。
3. 静态变频器（Static Frequency Converter）：可以实现交流电的变频。
AC-AC变换器的应用非常广泛，例如电网电压控制、变压器调压、电机调速等。
直流到交流变换（DC-AC变换）主要是将直流电能源转换为交流电能源，常用的方法有：1. 逆变器（Inverter）：逆变器将直流电能转换为交流电能，逆变器常用于太阳能光伏发电系统和电动汽车驱动系统。
DC-AC变换器的应用非常广泛，可以实现从低压直流到高压交流或者从低频直流到高频交流，例如太阳能发电系统中的逆变器将直流电能转换为交流电能，以便输入到电网中。
交流到直流变换（AC-DC变换）是指将交流电能源转换为直流电能源，常用的方法有：1. 整流器（Rectifier）：通过整流器将交流电转换为直流电。
一种新颖的软开关双向DCDC变换器
一种新颖的软开关双向DCDC变换器一、背景技术DCDC变换器是一种将直流电压转换为另一个直流电压的电力电子装置。
传统的DCDC变换器采用硬开关技术，即开关在导通和关断时都会产生较大的损耗和噪声。
这不仅降低了变换器的效率，还会产生电磁干扰，影响周边设备的正常运行。
为了解决这些问题，软开关技术被引入到DCDC变换器中。
软开关技术通过控制开关的导通和关断时间，降低开关损耗和噪声，从而提高变换器的效率并减少对周边设备的影响。
本文所介绍的软开关双向DCDC变换器正是基于这一技术发展而来的。
二、新型软开关双向变换器介绍该双向DCDC变换器的基本工作原理，包括其如何实现能量在两个方向上的转换。
详细描述其独特的软开关技术，以及这种技术如何减少开关损耗，提高效率。
描述该新型变换器的电路拓扑结构，包括主要的电力元件如开关器件、电感、电容等的连接方式。
解释电路设计如何实现软开关操作，以及电路的灵活性和可扩展性。
阐述该双向变换器的控制策略，包括如何精确控制开关动作以实现软开关条件，以及如何管理能量流向，确保能量转换的高效和稳定。
对比传统硬开关变换器和新型软开关双向变换器的性能，包括效率、功率密度、热管理等方面的优势。
强调新型变换器在特定应用场景下的性能提升。
如果可能，提供实验数据或仿真结果来验证新型软开关双向变换器的性能。
展示其在实际应用中的潜力和效果，以及与传统技术的对比。
探讨该新型变换器在不同领域的应用前景，如电动汽车、可再生能源系统、电力电子设备等。
讨论其如何满足未来能源管理和存储的需求。
三、性能优势与传统的硬开关DCDC变换器相比，这种新颖的软开关双向DCDC 变换器具有多项性能优势：高效率：由于采用了软开关技术，开关损耗大幅降低，整个变换器的效率得到了显著提高。
低噪声：由于辅助开关实现了软开关功能，开关过程中产生的噪声大幅减少，从而降低了对周边设备的影响。
稳定性好：由于采用了双向输电技术，该变换器可以在不同的输入和输出条件下保持稳定的输出，使其在许多电力电子设备中具有广泛的应用前景。
双向DCDC变换器
2015年全国大学生电子设计竞赛开关电源模块并联供电系统（A题）2015年8月6日星期四摘要双向DC/DC变换器(Bi-directional DC/DC Converter, BDC)是可双象限运行的直流-直流变换器。
该变换器能够根据实际需要调节能量的流动方向，在功能上相当于两个单向直流-直流变换器。
本系统以 STC1205A60S2单片机为控制核心，由TPS5450降压型开关稳压器构成DC/DC降压电路。
由LM3478升压型开关稳压芯片构成DCDC升压电路，并且通过AD芯片TLC2543和DA芯片TLV5618实现模数转换，对充电与放电模式下的电压、电流进行监测控制，实现充电与放电模式自动切换的PID数字控制。
同时系统具有输出过压保护功能关键词：双向DC/DC变换器充电模式放电模式数字PID控制目录摘要 (2)目录 (3)1、方案论证分析 (4)1.1双向DC/DC变换器方案选择 (4)1.2 电路监测保护方案 (5)1.2.1 直流电流检测 (5)1.2.2 过压保护 (5)1.3 充电电流控制方案 (5)2、理论分析与计算 (6)3、系统设计 (7)3.1 双向DCDC电路设计 (7)3.1.1 DCDC降压电路 (7)3.1.2 DCDC升压电路 (7)3.2 电流检测电路 (8)3.3 辅助电源设计 (8)3.4程序设计 (9)3.4.1程序流程图 (9)4、系统测试与分析 (10)4.1 基本部分测试结果 (10)5、总结 (11)参考文献 (11)附录 (11)附录一： (11)1、方案论证分析整个系统可以划分为双向DC/DC模块、电流控制模块、电路监测模块、电源模块、显示模块、电路保护模块等模块。
图1 系统框图1.1双向DC/DC变换器方案选择方案一:采用BUCK+BOOST双向DCDC变换电路如图1.1所示，左边是输入时，这是一个降压电路。
右边是输入时，这是一个升压电路，只需控制Q1和Q2的导通和关断。
DCDC电路
2S V VEO(ωt) = D S +∑ V sin nD )⋅ cos(nωt) (3-5) ( π n= n 1 π
3.控制方式 3.控制方式 改变开关管T的导通时间，即改变导通占空比 改变开关管 的导通时间，即改变导通占空比D ， 的导通时间 即可改变变压比M, 调节或控制输出电压V 即可改变变压比 调节或控制输出电压 O。
VS I S = VO I O
2. 降压原理 对开关管T加驱动信号 开关周期为T 对开关管 加驱动信号VG ,开关周期为 S 加驱动信号 开关周期为
Ton θ VO = VS = VS = DVS 2π Toff
VG>0, T管导通 管导通
υ EO = VS
iD = 0 i L = iS
Ton = DTS
和二极管D从导通变为阻断 （1）开关管 和二极管 从导通变为阻断，或从阻断变为导通的 ）开关管T和二极管 从导通变为阻断， 过渡过程时间均为零； 过渡过程时间均为零； （2）开关器件的通态电阻为零，电压降为零。断态电阻为无限 ）开关器件的通态电阻为零，电压降为零。 漏电流为零； 大，漏电流为零； （3）电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件； ）电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件； （4）线路阻抗为零。电源输出到变换器的功率等于变换器的输 ）线路阻抗为零。 出功率。 出功率。
直流/ 直流/直流变换器
直流/ 3 直流/直流变换器
3.1 直流/直流降压变换器（Buck DC/DC 变换器） 直流/直流降压变换器（ 变换器） 直流/直流升压变换器（ 变换器） 3.2 直流/直流升压变换器（Boost DC/DC 变换器） 直流升压－降压变换器（Boost-Buck变换器或Cuk变换器 变换器或Cuk变换器） 3.3 直流升压－降压变换器（Boost-Buck变换器或Cuk变换器） 两象限、四象限直流/ *3.4 两象限、四象限直流/直流变换器 多相、多重直流/ *3.5 多相、多重直流/直流变换器 带隔离变压器的直流/ 3.6 带隔离变压器的直流/直流变换器 小结
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1.3 – 4.0
< 1mS < 0.5S
5KW 6KW 0-25A(外输入电压控制) 1-10A（数码管设置） 200V–450V 可调，误差±2% 400V–800V 可调，误差±2% 2 A/V < 2% < 1V < 5%
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本双向 DC-DC 变换器采用模块化设计，带有均流功能，任何工作模式下都可实现多机并 联扩容。
图一.双向 DC-DC 变换器整机照片
二、特点
1. 全数字化，各种参数及信号全部数字化处理，由数字处理器智能灵活地管理。性能和可 控性均远优于普通的模拟式双向 DC-DC 变换器。
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PDn 为降压模式控制信号输入端，当 PDn 输入 3.3V ～５V 的高电平，并且 PUp 为低电平 时，双向逆变器为降压工作模式，电流从高压端子 IFHV 流入，经变换器变换为低压后，从 低压端子 IFLV 输出。
PUp 为升压模式控制信号输入端，当 PUp 输入 3.3V ～５V 的高电平，并且 PDn 为低电平 时，双向逆变器为升压工作模式，电流从低压端子 IFLV 流入，经变换器变换为高压后，从 高压端子 LFHV 输出。
> 95% < 12W < 20W 温控风冷 -25℃ - 60℃ 80℃
28A
15A
√ 5S
5S
315mm X140mm X 85mm 2．5Kg
八．产品图片
7
济南能华机电设备有限公司 图十.模块线路板照片（正面）
图十.模块线路板照片（反面）
图十一.模块接线图
在恒流模式时，Iout 总是正值（忽略电流源等效内阻消耗）。 图七. DC-DC 变换器恒流模式等效电路模型
4.3 恒压模式
4
济南能华机C 变换器设置为恒压模式时，变换器可等效为电压源模型。其等效电路模型 如下图。
其中，Ui 表示输入侧电压，Uo 表示输出侧电压，Iin 表示输入侧电流，Iout 表示输出 侧电流，Uset 表示输出电压设定值，Ro 为电压源的等效内阻，Rload 表示输出侧的等效负 载。
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到一起，所有模块的 RSI- 也都连接到一起即可。 RSI+, RS1- 为串行通信口接线柱，分别连接 RS485 接口的正负信号端。
工作。 19. 小体积：外壳尺寸 355mm X160mm X 94mm，模块尺寸 295mm X142mm X 85mm。 20. 带外壳整机重量 3.8Kg，模块重量为 2.5Kg 。
三. 双向 DC-DC 的用途
双向 DC-DC 具有很多用途，可用于很多直流系统中。其部分用途列举如下，其较为详 细的资料可从本司网站另行下载，或跟本司联系索取。
RS485 MODBUS-RTU 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200
1500V
64 < 10% 主从控制 RS485 数字通信 3.072M bps 自定义 < 160 m
4 位 LED 数码管 两侧电流，电压，设定两侧工作电流，最高限压
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九．接线及调节控制说明
9.1.高压输入输出接口 IFHV 高压输入输出接口有两个接线端，“HV+”端子接正极，“GNDP”接负极。输入输出电压
范围 300V～800V。导线截面应该保证 4 平方毫米以上，并且保证拧紧接触良好。 9.2.低压输入输出接口 IFLV
通信方式 通信协议 RS485 通信波特率
RS485 通信隔离耐压 均流参数 最大并联模块数量 模块电流不均匀度 均流控制方式 均流信号传输方式 RS485 通信波特率 通信协议 均流通信线最大长度 显示参数 显示方式 显示内容 系统参数 转换效率 待机功耗 空载功耗 冷却方式 允许环境温度 温度过热保护点 低压侧输出电流 过流/短路保护点 高压侧输出电流 过流/短路保护点 输入/输出反接保护 保护撤销后 恢复工作时间 开机启动时间 机械参数 外形尺寸 重量
图六. 双向 DC-DC 变换器用于电动汽车，简化电池充放电管理， 并实现能量回收增加持航里程，增强加速爆发力
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四、工作模式
4.1 模式简介 本双向 DC-DC 变换器用于连接，可以设置多种工作模式，并可在各种工作模式之间快速
图二. 双向 DC-DC 用于超级电容的稳压输入/输出
图三. 双向 DC-DC 变换器用于电池管理系统
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图四. 双向 DC-DC 变换器用于直流母线的汇流/分流管理系统
图五. 双向 DC-DC 变换器用于电机制动再生发电节能系统
在恒压模式时，Iout 可正可负，以维持输出电压 Uo 的稳定。
图八. DC-DC 变换器恒压模式等效电路模型
4.4 MPPT 模式 当双向 DC-DC 变换器设置为 MPPT 模式时，变换器可等效为变阻输入电流源模型。其等
效电路模型如下图。 其中，Ui 表示输入侧电压，Uo 表示输出侧电压，Iin 表示输入侧电流，Iout 表示输出
侧电流，Uset 表示输出电压设定值，Ro 为电流源的等效内阻，Rload 表示输出侧的等效负 载。RAdj 表示输入侧的等效输入电阻。
DC-DC 变换器自动跟踪输入侧的电压 Uin 和输入侧电流 Iin，自动调整输入侧的等效输 入电阻 RAdj，以抽取最大的功率经转换后输出到输出侧。
在 MPPT 模式时，Iout 总是正值（忽略电流源等效内阻消耗）。
2. 模块化设计，单模块额定输出功率 5KW，可多台双向 DC-DC 变换器并联运行。 3. 双向变换都采用零电压变换软开关控制，使得转换效率达到 95%以上。 4. 能工作于恒流、恒压和 MPPT 等多种工作模式，并可在线快速频繁地切换工作模式。 5. 运用多相交错技术，有效地抑制了纹波，减弱了大电流了对器件的冲击。 6. 空载功耗低于 20W，处于监控待机状态功耗低于 12W。 7. 双向变换的电流大小和方向，既可用数字方式设定，也可用模拟量方式控制。 8. 高低电压侧的工作电压可单独设定。 9. 高低电压侧的过压保护电压可单独设定，保护两侧的设备不至于过压损坏。 10. 高低电压侧的最低限压也可单独设定，保护两侧的电压不至于过放电。 11. 高低电压任何一侧加电，均可使模块启动。 12. 开机软启动，防止产生过强的电压电流冲击两端的电源。 13. 模块带有 LED 显示面板，可实时显示两侧电流，电压，设定两侧工作电流，最高限压。 14. 带 RS485 串口通信功能，遵循 MODBUS-RTU 协议，方便计算机或监控终端远程监测和设
数值 型号 NHD300D600-5KW
450V 900V -30～80℃ -20～60℃
数值 型号 NHD300D600-5KW
200V-400V 400V-700V
0～50℃
数值 型号 NHD300D600-5KW
300V 150V – 400V
图九. DC-DC 变换器 MPPT 模式等效电路模型
五、绝对参数
5
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参数名称
低压侧输入/输出电压 高压侧输入/输出电压 贮存温度 操作温度
六、推荐工作条件
参数名称
低压侧输入/输出电压 高压侧输入/输出电压 操作温度
七、电特性参数
参数名称
低压侧参数 额定输入/输出电压 ULV 输入/输出电压范围 高压侧参数 额定输入/输出电压 UHV 输入/输出电压范围 高低压两侧交互参数 电压变比范围（高压/低压） 模式控制参数 模式切换时间 切换模式到满载输出 响应时间 整机参数 额定输出功率 最大瞬时输出功率 低压侧输出电流设定范围 高压侧输出电流设定范围 低压侧最高限压调节范围 高压侧最高限压调节范围 外输入压控电流增益 负载调整率 纹波电压 模块并联不均流度 通信参数
频繁地切换。其工作模式可以有恒流、恒压、MPPT，每种工作模式又可以分别作用于高压端 或者低压端，因此有 6 种不同的组合。分别是低压端恒流输出、低压端恒压、低压端 MPPT 输出，高压端恒流输出、高压端恒压、高压端 MPPT 输出。
多机并联扩容时，分为主控制器和从控制器。主控制器控制所有的从控制器，依照主控 制器的工作模式和所设置的参数同步运行，电流均衡一致。 4.2 恒流模式
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全数字双向 DCDC 变换器
一．产品简介
本系列全数字双向 DC-DC 变换器，采用高效软开关技术，使得电源转换效率高达 95%以 上，特别适合于需要在两个直流电系统之间作频繁双向能量交换的场合，例如：电动车、电 动机再生发电，微电网系统，大功率双向充放电系统，等等。具有数字化，可并联，带通信 功能，小体积的四大特征。
置的参数和工作状态。 15. RS485 串口利用光耦隔离，可以有效防止雷击对远程监控计算机或者监控终端的影响。 16. 掉电状态恢复功能：即使完全关断双向 DC-DC 变换器的供电，下次开机时也能恢复掉电
前的设置和状态。 17. 输入极性防反接功能，电源极性接反不会有电流流过。 18. 各种异常情况保护功能：带有过压，过流，过热，短路保护功能，故障撤销后自动恢复
本双向 DC-DC 变换器控制简单方便，既有模拟信号控制接口，也有数字通信控制接口。 带有直观方便的数码管显示控制面板，以及强大的远程通信管理功能，可通过遵循 MODBUS-RTU 协议的工控屏进行远程监控。
本双向 DC-DC 变换器采用全数字化技术，各种参数及信号全部数字化处理，由超大规模 FPGA（现场可编程门阵列）智能灵活地进行高速运算处理，精密准确地控制系统运行。具有 超高效率，实时性强，运行稳定可靠，不存在 MCU 常有的运行死机的情况。