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推挽全桥双向直流变换器的研究

1引言

随着环境污染的日益严重和新能源的开发，双向直流变换器得到了越来越广

泛的应用，像直流不停电电源系统，航天电源系统、电动汽车等场合都应用到了

双向直流变换器。越来越多的双向直流变换器拓扑也被提出，不隔离的双向直流

变换器有BiBuck/Boost、BiBuck-Boost、BiCuk、BiSepic-Zeta；隔离式

的双向直流变换器有正激、反激、推挽和桥式等拓扑结构。不同的拓扑对应于不

同的应用场合，各有其优缺点。推挽全桥双向直流变换器是由全桥拓扑加全波整

流演变而来。推挽侧为电流型，输入由蓄电池供给，全桥侧为电压型，输入接在

直流高压母线上。此双向直流变换器拓扑适用在电压传输比较大、传输功率较高

的场合。

本文分析了推挽全桥双向直流变换器的工作原理，通过两种工作模式的分

析，理论上证明了此拓扑实现能量双向流动的可行性，并对推挽侧开关管上电压

尖峰形成原因进行了分析，提出了解决方法，在文章的最后给出了仿真波形和实

验波形。

2工作原理

图1为推挽全桥双向DC/DC变换器原理图。图2给出了该变换器的主要波形。

变换器原副边的电气隔离是通过变压器来实现的，原边为电流型推挽电路，副边

为全桥电路，该变换器有两种工作模式：（1）升压模式：在这种工作模式下S1、

S2作为开关管工作；S3，S4，S5，S6作为同步整流管工作，整流方式为全

桥整流，这种整流方式适用于输出电压比较高，输出电流比较小的场合。由于电

感L的存在S1、S2的占空比必须大于0.5。（2）降压模式：在这种工作模式

下S3，S4，S5，S6作为开关管工作，S1、S2作为同步整流管工作，整流方

式为全波整流。分析前，作出如下假设：

所有开关管、二极管均为理想器件；

所有电感、电容、变压器均为理想元件；

，；

2.1升压工作模式

在升压工作模式下，原边输入为电流型推挽电路，副边输出为全桥整流电路。S1，

S2作为开关管工作，S3，S4，S5，S6作为同步整流管工作。电感电流工作

于连续模式。

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图1推挽全桥双向DC/DC变换器

图2推挽全桥双向DC/DC变换器电路波形

以一个开关周期T为例：

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2.2降压工作模式

在降压工作模式下，输入为全桥电路，输出为全波整流电路。S3，S4，S5，

S6作为开关管工作，S1，S2作为同步整流管工作。

以一个开关周期T为例：

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由此可见，当与（，）；与（，）互补工作时，输入输出电压关系是相同

的，变换器具有很好的可逆性。

3缓冲电路

推挽全桥双向直流变换器推挽侧的两个开关管在关断时有较大的电压尖峰。这是

由于电感和漏感的存在。因为两管的占空比大于0.5，所以存在共同的导通时

间，当这段时间结束关断其中一个开关管时，会引起很大的，形成较大的电压

尖峰加在开关管上。而全桥侧由于是电压型且不存在短路问题，所以没有电压尖

峰的问题。基于以上问题就需要采用合适的缓冲电路来缓解电压尖峰问题。