摘要：介绍了用于中小功率的双向dc-dc变流装置，它能将直流电压从24v提升到240v，也可以将240v直流电压变换成24v。在变流器的两个桥式电路中间使用一个隔离变压器，在不增加电路器件的情况下，实现电能的双向传递，变流器通常工作在降压方式，主直流电源来自交流或燃料电池，主电源向负载提供电能的同时向蓄电池充电，在主直流电源故障的情况下，蓄电池替代主直流电源，向负载供电。使用适当的控制策略，实现元件的零电压开关。在对电源系统的工作原理进行理论分析的基础上，对其进行了仿真和实验验证，证明系统具有转换效率高、性能稳定和电路简单等特点。

关键词：变流器；电源；零电压开关；脉宽调制

引言

在许多场合下，需要有能将直流电源进行双向变换的装置，以燃料电池为能源的电动车驱动系统，就是一例。在该系统中，同时具有普通酸铅蓄电池和燃料电池，普通酸铅蓄电池作为车辆冷起动动力，提供12～24v的低电压电源。起动后，用燃料电池提供150～300v的车辆驱动电压。因此，在电动车起动时，要求能将普通蓄电池输出的12～24v直流电压提升到150～300v，以起动系统开始工作。当系统进入正常工作后，用燃料电池的电能，对酸铅蓄电池进行充电，以恢复电池的能量消耗。双向dc-dc电源也可用于供电系统的直流操作电源中，供电系统的直流操作电源，通常用蓄电池作为后备电源，当使用双向直流变换电源后，可有效地减少后备电池的数量。对双向直流电源通常要求其具有高效、隔离、低辐射等特点，同时也要求电路结构简单，易于控制。

图1　dc-dc双向变换电路结构图

系统的结构及工作原理

双向直流变换系统的结构如图1所示，高频变压器t两侧的电源电压不同，电源能量能进行双向传送。从电路结构看系统具有以下特点。

电路的特点
用变压器作为隔离高、低压侧分别有既可整流又可逆变的变流装置。用igbt或moseft管作为开关器件构成桥式或半桥式整流逆变电路。若在图1的整流逆变或逆变整流框中，用全桥电路代换之，则得到双向dc-dc变换器主电路，如图2所示。为充分发挥电路的功能，在高频变压器的右侧接入一个电感l_k，用作电压提升。考虑到在保持功率平衡的条件下，需低压侧提供较大的电流，低压侧的电压波动对高压侧电压的稳定影响较大，因此在高压侧接入储能电感，这样控制输出电压的效果更好。正常情况下的能量流向是，从高压侧向低压侧方向，低压侧的蓄电池处于充电状态，另外低压侧负载需要消耗一定的能量。当能量从低压侧向高压侧流动时，具有短时和大电流的特点，通常只在系统起动或故障状态下出现。

图2　dc-dc双向变换主电路原理图

电路的工作原理
由于在moseft管的d,s端或igbt管的c,e端反并联了二极管，因此2个桥式电路均具有整流功能，逆变时需要对moseft或igbt管加触发脉冲。

低压向高压传送能量的过程
当能量从低压向高压方向传送时，要求m₁～m₄处于逆变状态，s₁～s₄处于提升状态。设：gm_i为开关器件m_i的门极控制电平。gs_i为开关器件s_i的门极控制电平，

则

对gm_i，gs_i施加图3所示的控制脉冲，m₁，m₄导通构成变压器t左侧的正向电流；m₂，m₃导通构成变压器左侧的反向电流。为实现器件的零电压开关在m₁，m₄和m₂，m₃换流过程中加入死区。对s₁，s₂不加触发脉冲，对s₃，s₄加图3所示的触发脉冲起电压提升作用。

图3　能量从低压向高压流动时的门极控制脉冲

此阶段电流电压波形如图4所示。等效电路如图5所示。对电路的分析可按以下几个阶段进行，其中电流il_k的波形非常重要，它等于变压器右侧的电流it₂。

图4　能量从低压向高压流动时变压器右侧电压、电流波形

图5　能量从低压向高压传送过程中各阶段等效电路

阶段1：t₁～t₂