隨著大量使用高效的蓄能器（電池和超級電容器），趨勢是朝著更好的電流管理方向發(fā)展。雙向DC / DC轉換器可以保持電池健康并延長其使用壽命。

電池供電的便攜式設備數量的增加在當今的生活方式中起著重要作用。這種趨勢還取決于高能量存儲技術的發(fā)展，例如鋰離子（Li-ion）電池和超級電容器。這些蓄能器連接到可再生能源系統（太陽能和風能），以收集和存儲能源并將其穩(wěn)定地提供給用戶。某些應用需要快速充電/反之亦然。我們將要描述的設備是雙向DC-DC轉換器。雙向性允許電流發(fā)生器的充電和放電。雙向控制器可為基于汽車雙電池的系統提供出色的性能和簡便性。對于降壓和升壓模式使用相同的電路模塊，可以大大降低系統的復雜性和尺寸。

電氣原理圖

圖1顯示了簡單但功能齊全的電氣圖。對稱配置允許用戶選擇四種不同的模式進行操作。它由四個單相象限組成，它們用作級聯的降壓-升壓轉換器。它包括四個開關，一個電感器和兩個電容器。根據電子開關的功能，電路可以降低或升高輸入電壓。開關元件由UF3C065080T3S SiC MOSFET組成，顯然可以用任何其他器件代替。

圖1：雙向降壓-升壓轉換器的接線圖

四種操作模式

用戶可以通過簡單地配置四個MOSFET的操作來決定電路的操作。轉換器的工作模式如下：

?電池從“ A”降到“ B”，電池在“ A”中，負載在“ B”中；

?電池從“ A”升至“ B”，電池在“ A”，負載在“ B”；

?電池從“ B”降到“ A”，電池在“ B”，負載在“ A”；

?電池在“ B”中，從“ B”升至“ A”，并在“ A”中加載。

在該電路中，SiC MOSFET可以三種不同的方式工作：

?ON，相對于地為正電壓；

?OFF，電壓等于0V；

?脈動，方波和50％PWM。頻率應根據工作條件選擇。

基于這些標準，SiC MOSFET的功能遵循圖2所示的表格。

圖2：四個SiC MOSFET的工作模式和作用

第一模式：Buck AB

通過選擇第一模式，電路可作為降壓器工作，即作為其輸出電壓低于輸入電壓的轉換器。該電路也稱為“降壓”。為了進行操作，必須將電壓發(fā)生器連接在A側，將負載連接在B側。負載的效率取決于所用的MOSFET。它們的配置如下：

?SW1：以10 kHz方波頻率進行切換；

?SW2：關閉，即打開；

?SW3：關閉，即打開；

?SW4：關閉，即打開。

圖3中的曲線圖顯示了Buck AB模式下的輸入和輸出電壓。輸入電壓為12 V，輸出端存在約9 V的電壓。因此，該電路可用作降壓器。選擇的開關頻率為10 kHz。連接到輸出的負載為22 Ohm，耗散約4W。

圖3：該圖顯示了Buck AB模式下的輸入和輸出電壓

第二種模式：Boost AB

電路的第二模式提供了作為升壓器的操作，即作為其輸出電壓高于輸入電壓的轉換器的操作。該電路也稱為“升壓”。為了運行，電壓發(fā)生器必須連接在A側，負載在B側。負載的效率取決于所用的MOSFET。它們的配置如下：

?SW1：ON，即關閉（門供電）；

?SW2：關閉，即打開；

?SW3：關閉，即打開；

?SW4：以10 kHz方波頻率進行切換。

圖4中的曲線圖顯示了Boost AB模式下的輸入和輸出電壓。輸入電壓為12 V，輸出端存在約35 V的電壓。因此，該電路可用作升壓器。選擇的開關頻率為10 kHz。連接到輸出的負載為22歐姆，耗散約55W。

圖4：該圖顯示了Boost AB模式下的輸入和輸出電壓

第三種模式：Buck BA

在第三模式中，電路再次作為降壓器工作，即作為其輸出電壓低于輸入電壓的轉換器。為了進行操作，必須將電壓發(fā)生器連接在B側，將負載連接在A側。負載的效率取決于所用的MOSFET。它們的配置如下：

?SW1：關閉，即打開；

?SW2：關閉，即打開；

?SW3：以100 kHz的方波頻率進行切換；

?SW4：關閉，即打開。

圖5中的曲線圖顯示了Buck BA模式下的輸入和輸出電壓。輸入電壓為24 V，而輸出電壓約為6.6V。因此，該電路可用作降壓器。選擇的開關頻率為100 kHz。連接到輸出的負載為10歐姆，耗散約4.4W。

圖5：該圖顯示了Buck BA模式下的輸入和輸出電壓

第四種方式：Boost BA

電路的第四模式提供了升壓操作，即，其輸出電壓高于輸入電壓的轉換器。該電路也稱為“升壓”。為了運行，電壓發(fā)生器必須在B側連接，負載在A側。負載的效率取決于所用的MOSFET。它們的配置如下：

?SW1：關閉

?SW2：以100 kHz的方波頻率進行切換；

?SW3：ON，即關閉（門供電）；

?SW4：關閉。

圖6中的曲線圖顯示了Boost BA模式下的輸入和輸出電壓。該示例的輸入電壓為18 V，輸出端存在約22 V的電壓。因此，該電路可用作升壓器。選擇的開關頻率為100 kHz。連接到輸出的負載為22 Ohm，耗散約22W。

圖6：該圖顯示了Boost BA模式下的輸入和輸出電壓

結論

電路的效率取決于許多因素，首先是所使用的MOSFET的Rds（on），以使電流更容易通過（請參見圖7）。配備有四個電源開關的此類電路需要進行嚴格的安全檢查。如果SW1和SW2（或SW3和SW4）同時處于ON狀態(tài)，則可能會造成短路，從而損壞組件。

圖7：Boost AB模式下電感器上脈動電壓和電流的曲線圖

編輯：hfy