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双向DC-DC变换器拓扑结构综述

陈亚爱;梁新宇;周京华

【摘要】基于国内外对双向DC-DC变换器的研究成果,简述了各种拓扑结构的基

本组成,系统地分析了它们的工作原理,总结了优缺点和异同点,进而对双向DC-DC

变换器拓扑结构的分类方法重新进行了界定,为展开奠定了根基.然后指出了现有拓

扑结构适用场合和存在的问题,并在此基础上为研究新型拓扑结构提出了建议,同时

也为工程应用提供参考.%Basedondomesticandforeignresearch

achievementsonthebidirectionalDC-DCconverter,thispaperdescribes

brieflybasiccompositionofvarioustopologicalstructures,analyzestheir

workingprinciplessystematically,andsummarizestheiradvantagesand

disadvantagesaswellassimilaritiesanddifferences.Then,itredefines

classificationmethodsfortopologicalstructuresofthebidirectionalDC-DC

converter,thuslayingafoundationforfurtherdevelopment.Furthermore,it

pointsoutsuitableapplicationsandexistingproblemsofexisting

topologicalstructures,andmakessuggestionsforfurtherstudyonnew

topologicalstructures,thusprovidingreferenceforengineeringapplication.

【期刊名称】《电气自动化》

【年(卷),期】2017(039)006

【总页数】6页(P1-6)

【关键词】工作原理;双向DC-DC变换器;拓扑结构;分类;异同点

【作者】陈亚爱;梁新宇;周京华

【作者单位】北方工业大学北京市变频技术工程技术研究中心,北京100144;北方

工业大学北京市变频技术工程技术研究中心,北京100144;北方工业大学北京市变

频技术工程技术研究中心,北京100144

【正文语种】中文

【中图分类】TM46

0引言

单向DC-DC变换器只能将能量由一个方向向另一个方向传输，而双向DC-DC变

换器(BidirectionalDC-DCConverter，简称BDC)可实现能量的双向传输[1]。随

着时代进步和科技的发展，BDC在新能源、航天航空、交通、通讯以及工业控制

等领域得到了广泛应用。早在20世纪80年代初，为了减轻人造卫星太阳能电源

系统的体积和重量，美国学者提出用双向Buck/Boost变换器代替蓄电池充电器和

放电器，并使之进入实用阶段；1994年F.Caricchi等研制成功电动车驱动用20

kW水冷式BDC，同时，香港大学陈清泉教授(C.C.Chan)也开展了电动车用BDC

的研究及试验工作；1998年美国弗吉尼亚大学李泽元教授(F.C.Lee)开始从事与燃

料电池配套的BDC研究工作。三十多年来，国内外众多专家学者在BDC方面取

得了大量的研究成果，文献[2]主要对非隔离型BDC拓扑结构进行了深入的理论分

析；文献[3]在双向全桥变换器的基础上提出了一种新型谐振式BDC的拓扑结构，

并通过搭建实验平台验证了其具有较高的转换效率；文献[4]研究了一种基于谐振

的双向DC-DC软开关拓扑结构。由于BDC拓扑结构具有多样性，为便于系统地

研究，本文将对各种BDC工作原理进行深入分析，在此基础上重新进行分类，指

出它们具有的特点和适用范围，为进一步研究新型拓扑和工程应用提供参考。

1双向DC/DC变换器拓扑结构分类

从已发表的业界研究成果表明，BDC的种类繁多，若按有无隔离功能分类可分为

非隔离型和隔离型两类，非隔离型BDC有双向Bu