基于Automation Studio的直流电源的设计(3)

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双向 DC/DC 变换器的功能是：供电正常时作为电池组的充电器，保持电池充足电状态；在供电故障后将电池组电压转变为直流母线电压，给负载供电。通常，电池组充电的功率较小，放电时功率较大，因此对 Bi- DC/DC 的功率等级应依放电功率为准。使用双向 DC/DC 变换器的好处是，可以将电池的充放电的工作分离出来，用双向DC/DC 变换器单独处理蓄电池的充放电操作，更容易优化充放电过程，对于延长蓄电池的寿命和提高充电效率都有好处。

1.2.2 电动汽车燃料电池电源系统

燃料电池是一种可以将化学能转变成电能的装置，在电动汽车中有很好的应用前景。

在燃料电池系统中含有一个压缩机电机，正常运转情况下，该压缩机可由燃料电池输出电压供电，但在电动汽车启动时，燃料电池电压尚未建立起来，需要辅助电源来供电，提供压缩机电机的驱动能量，给燃料电池创造启动条件。辅助电源有两个作用:①在燃料电池启动前，提供直流母线的电压；②当汽车制动时，希望制动能量能够回馈并得到合理的应用。采用蓄电池作为辅助供电电源，通过双向 DC/DC 变换器可以满足这两个方面的要求：快速启动燃料电池；将制动能量回馈给蓄电池。如1.2图为电动汽车燃料电池电源系统结构框图，双向 DC/DC 变换器是此电源管理系统中的重要组成部分之一。为了和目前的汽车负载保持兼容，电池电压一般为 12V，直流母线电压为 288V。蓄电池供电时，双向 DC/DC 变换器工作在放电模式，输入电池电压波动，输出稳定电压 288V，放电功率 1.5kW；蓄电池储能时，双向 DC/DC 变换器工作在充电模式，将电能存储于蓄电池中。

上述领域中应用的双向 DC/DC 变换器的共同特点是：变换器功率较大，变换器所连接的电路中一端是电压较低的蓄电池，另一端的电压较高。由于电压等级差别较大，同时出于安全、输出匹配等因素的考虑，这类变换器一般都采用变压器进行低压与高压之间的隔离，即选用隔离型双向 DC/DC 变换器。

图 1.2电动汽车用燃料电池电源系统框图

1.2.3 航天电源系统

在卫星及空间站等航天电源系统中，如图1.3，双向DC/DC变换器成为其中的关键性部件。航天电源系统的能源主要包括太阳能电池阵列、高能蓄电池。通常太阳能电池阵列工作在最大功率跟踪点，当日光充足时，太阳能电池阵列除保证负载的正常供电外，将多余能量通过DC/DC变换器储存到蓄电池中:当日光不足时，太阳能电池阵列不足以提供负载所需的电能，DC/DC变换器反向工作向负载提供电能，DC/DC变换器充当蓄电池的充放电管理器，它设计的好坏直接影响到航天器上蓄电池的利用效率和寿命长短。

图1.3航空电源系统

1.3 DC/DC 变换器的现状和发展

1.3.1直流变换器的现状

20世纪80年代初，为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Buck/Boost型DC/DC变换器代替蓄电池充电器和放电器。此后人们对人造卫星用蓄电池调节器进行了深入研究，并使之进入了实用阶段。

按照 DC/DC 变换器的构成方法， DC/DC 变换器可以由单向 DC/DC 变换器演变而来,源^自!优尔/文-论/文*网[www.youerw.com，按输入和输出之间是否有电气隔离，或功率开关器件的个数进行分类。

非隔离型双向 DC/DC 变换器有：Bi Buck-Boost、Bi Buck/Boost、Bi Cuk、等，这类变换器只能实现电流的双向流动，并不能改变电压的极性，故称为电流双向变换器，即在电压和电流为坐标的平面内，仅电流可正可负，变换器工作在第 I 和第 II 象限。电压双向变换器则只能实现电压极性的变换，电流方向不变，变换器工作在第 I 和第Ⅳ象限。桥式直流变换器既能实现电流的正与负，也能改变输出电压的极性，为四象限直流变换器。因而这种四象限直流变换器对直流电机电枢供电时，可以使直流电机在四个象限区域工作。