雙向DC-DC變換器及控制的相關(guān)理論研究概述當(dāng)前雙向DC/DC變換器及控制相關(guān)研究已經(jīng)被多個(gè)行業(yè)所認(rèn)可，諸如利用到電動(dòng)汽車行業(yè)，不間斷電源行業(yè)、航天航空行業(yè)及光伏發(fā)電等相關(guān)行業(yè)中。多年來，全球各國研究專家對(duì)雙向DC/DC控制器電路及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)分析研究。按照變換器具體輸入及輸出之間能否隔離電氣具體功能，能夠?qū)⒃撟兓魍負(fù)浣Y(jié)構(gòu)分為：一是隔離類型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；二是非隔離類型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中第二類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有四種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，具體見圖2-1所示。（a）雙向BUCK-BOOST變換器（b）雙向半橋變換器（c）雙向CUK變換器（d）雙向SEPIC變換器圖2-1非隔離型的雙向DC/DC變換器基本拓?fù)銬C/DC變換器不同非隔離類型自身的優(yōu)勢(shì)較多，例如相對(duì)來說設(shè)計(jì)非常簡便，效率高，精準(zhǔn)度高等，在電感值方面卻不小，容易導(dǎo)致變換器功率提升，在具體輸入范疇層面所輸出的電壓主要利用在大多數(shù)場(chǎng)合中，但依然存在電壓變化幅度，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度等方面的不足。因此在一些場(chǎng)景中主要采用的隔離類型的雙向DC/DC變換器，多數(shù)情況下利用的是隔離類型的雙向DC/DC變換器也有四種弄拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體見圖2-2所示。圖2-2隔離型的雙向DC/DC變換器基本拓?fù)浞醇ゎ愋偷碾p向DC/DC變換器是最為簡單的隔離類型的雙向變換器，其更多運(yùn)用在功率不大的場(chǎng)景中，且成本不高，具體見圖2-2（a）所示，在Q2開關(guān)管被關(guān)掉的時(shí)候，Q1能夠合理運(yùn)作，采取正向輸出功率模式，這個(gè)時(shí)期能夠與單一反激模式具有同樣的原理，功率不斷從Vo一端向Vi一端進(jìn)行輸送；相反的是在Q1開關(guān)管被關(guān)掉的時(shí)候，Q2開始正常工作，實(shí)現(xiàn)反向功率傳輸，功率不斷從Vi一端向Vo一端進(jìn)行輸送；然而多數(shù)條件下反激式變換器多少都會(huì)存在變壓器漏感的問題，因此雙向反激式變換器在開關(guān)震蕩電壓及其通斷方面數(shù)值都是較大的。和其他類型的變化器相對(duì)比分析，推免性的DC/DC變換器在設(shè)計(jì)過程中較為簡便，在傳輸功率角度來說，要比反激式要大些。具體見圖2-2（c）為推免式的變化方式，其中濾波電感用符號(hào)L來表示，在一般正向的規(guī)律下，工作的是Q1和Q2，正常關(guān)掉的是Q3和Q4；在反向的規(guī)律下，工作的就是Q3和Q4，關(guān)掉的就是Q1和Q2，這種結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)同步情況下整流，但推免結(jié)果一般出現(xiàn)偏差缺陷，同時(shí)在中低場(chǎng)景中較為合適的是開關(guān)管電壓存在較大的尖峰。橋式類型的雙向DC/DC變換器和半橋類型的變換器相對(duì)比情況下，橋式雙向變換器承受逇電流及電壓應(yīng)力相對(duì)不大，在同樣的容量下能夠進(jìn)行功率較大的電能傳輸，利用效率更高，非常符合大功率場(chǎng)景。相比較來說橋式雙向DC/DC變換器所具有開關(guān)器件較多，其能夠承擔(dān)的電壓壓力小，效率高，非常符合電壓及電流輸入較高的場(chǎng)景。然而和推免類型的DC/DC變換器進(jìn)行比較，橋式類型的開關(guān)管可以不再管段的時(shí)候出現(xiàn)電壓尖峰，這樣在橋臂上面的兩個(gè)綜合系統(tǒng)開關(guān)管出現(xiàn)的分壓電容肯定會(huì)出現(xiàn)電壓平衡性不足的缺陷，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常符合大中功率的場(chǎng)景。實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2-2（d）。因?yàn)殡p向全橋類型的DC/DC變換管之間有開關(guān)管多個(gè)，能夠?qū)⒏鞣N類型的PWM控制形式來重組進(jìn)而驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，其中可以利用移相的方式來對(duì)軟開關(guān)進(jìn)行控制，控制形式能夠分為以下類型：（一）脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式脈沖寬度調(diào)制方式的主要理念就是轉(zhuǎn)變脈沖寬度進(jìn)而來實(shí)現(xiàn)控制的目標(biāo)，在整個(gè)運(yùn)作過程中脈沖頻率并不進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從這個(gè)角度出發(fā)，脈寬調(diào)制方式能夠在各種不同的設(shè)備中應(yīng)用。在正常運(yùn)作變換器的時(shí)候，其頻率變化直接受到電磁的干擾。因?yàn)檫@種類型的控制方式并沒有轉(zhuǎn)變開關(guān)之間的頻率，用這種干擾方式具有可行性。進(jìn)行電磁干擾的過程規(guī)律性較強(qiáng)，進(jìn)而更便于進(jìn)行變壓器設(shè)計(jì)。脈沖寬度調(diào)制形式的主要理念在于不管是哪種控制形式，其關(guān)鍵性的控制形式就利用逆變的電路開關(guān)元件的開和閉來進(jìn)行系統(tǒng)控制，在輸出端具有相應(yīng)的脈沖波，這種形式的脈沖脈沖幅度是固定的，所輸出的正弦波及其能夠得到的特殊波形也可以利用這種形式來獲取。為了能夠得到平滑的輸出功率，而且也可以有效降低中低頻次中的諧波程度，這樣就可以獲得多種不同等值的脈沖，使得所輸出的波形作為正弦波。依據(jù)原來設(shè)計(jì)好的規(guī)律轉(zhuǎn)變不同脈沖的具體寬度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變輸出電壓大小的目標(biāo)。（二）脈沖頻率調(diào)制（PFM）方式脈沖頻率調(diào)制（PFM）是一種恒定占空比的形態(tài)，所調(diào)整好的信號(hào)頻率依據(jù)所需要輸入信號(hào)的改變而存在差異。因?yàn)槊}沖頻率調(diào)制波多是利用方波，這種方式也可以被稱作是方波FM。和脈沖寬度調(diào)制主要區(qū)別在于，因?yàn)殚_關(guān)頻率并不固定，且脈沖頻率之間的調(diào)制形式不得不會(huì)造成不容易消除的濾波強(qiáng)磁干擾信號(hào)，最后導(dǎo)致所能夠輸出的信號(hào)具有大量的干擾源，按照這樣的發(fā)展特性來研究電感。在應(yīng)用范圍方面脈沖頻率調(diào)制方面遠(yuǎn)不如脈沖寬度，這是由于在設(shè)計(jì)過程中脈沖寬度調(diào)制方式更為簡便，脈沖頻率方式在設(shè)計(jì)起來更為繁瑣，復(fù)雜。脈沖頻率相對(duì)于脈沖寬度來說其突出特點(diǎn)在于效率更高，在兩種調(diào)制形式外部電路處于同樣的條件下，脈沖頻率峰值和脈沖寬度調(diào)制方式兩者之間具有相同的峰值，但僅有峰值效率相同，其他效率方面脈沖頻率要超過脈沖寬帶調(diào)制方式的效率，且因?yàn)槊}沖寬度調(diào)制過