车辆新能源技术：选择双向DC/DC变换器拓扑结构

双向DC/DC变换器主要可分为两类：变压器隔离型双向DC/DC变换器和非隔离型双向DC/DC变换器。其中，隔离型双向DC/DC变换器是在非隔离型双向变换器中插入高频变压器，构成隔离型拓扑，变压器的原副边可由全桥、半桥、推挽等电路拓扑构成。

隔离型双向DC/DC变换器拓扑主要有：双反激拓扑、双推挽拓扑、双半桥拓扑、双全桥拓扑。

典型非隔离型单向DC/DC变换器有6种基本拓扑：BUCK、BOOST、BUCK-BOOST、CUK、SEPIC、ZETA，把它们当中的二极管替换为开关，可组成5种双向DC/DC变换器拓扑结构（BUCK和BOOST替换后为同一种拓扑）。

从超级电容储能体积及成本上考虑，其端电压值一般低于电机驱动逆变器的工作电压。这就要求双向DC/DC变换器在正向工作时具有升压斩波能力，在电机处于再生发电状态时，通过降压电路将制动回馈能量转换为电能储存在超级电容中。隔离型与非隔离型变换器都能满足以上要求，但隔离型变换器的控制方式和结构都比较复杂，所用的元器件数量和种类比较多，功率密度和性价比都不高，体积也无法得到最优化，因此从非隔离型变换器中选择适合的拓扑结构。

考虑到实际应用中功能的需要，结构和操作简单，选择了如图5-4-1所示的双向DC/DC变换器。其中，左端是低压端，接动力电池或超级电容等储能装置。右端是高压端，接直流母线。当储能装置放电时，DC/DC变换器升压，将电压从低压端V₁升压至高压端V₂，此时储能装置向负载传输功率。当车辆进行能量回馈时，DC/DC变换器降压，将电压从高压端V₂降至低压端V₁，以便使储能装置吸收回馈能量。

变换器正向工作时，G₁作为PWM开关管工作，G₂截止，储能电感L、开关管G₁、二极管D₁、D₂、滤波电容C₂，组成一个Boost电路，其等效电路如图5-4-2所示。

在实际应用中，开关频率比较高，因此只考虑电感电流连续的情况。设一个周期内开关的开通时间为t_on=DT，关断时间为t_off=（1-D）T，那么输入与输出电压的关系为：，根据输入电压V₁，调节占空比D，就可得到期望的输出电压V₂，且V₂＞₁，达到了电源放电时升压的目的。(www.xing528.com)

图5-4-1 双向DC/DC变换器拓扑

图5-4-2 正向Boost电路

变换器反向工作时，G₂作为PWM开关管工作，G₁截止，储能电感L、开关管G₂、二极管D₁、D₂、滤波电容C₁，组成一个反向Buck电路，其等效电路如图5-4-3所示。

设一个周期内开关的开通时间为t_on=DT，关断时间为t_off=（1-D）T，那么输入与输出电压的关系为：V₁=DV₂，根据输入电压V₂，调节占空比D，就可得到期望的输出电压V₁，且V₁＜V₂，达到了给电源充电时降压的目的。