| 随着社会的发展， 能源、环保与发展的矛盾日益突出， 锂电池的发展能有效的改善这一问题。锂电池由于工作电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等特点， 广泛应用于电动车汽车能源系统、航空航天电源系统、太阳能光伏电源系统， 移动通信系统以及移动终端设插件电感打样 备中。双向DC/ DC 变换器是对锂电池充放电进行管理的重要部分， 其工作性能直接影响到锂电池的使用效率和寿命。
目前， 双向DC/ DC 变换器的拓扑结构主要有2 种型式： 非隔离型变换器和隔离型变换器。非隔离Buckboo st变换器效率高、结构简单， 但没有隔离能力，不能应用于输入输出电压压差较大的场合。隔离一体成型电感器制作式变换器有双向推挽结构、双向半桥结构和双向全桥结构。
其中， 推挽结构效率较半桥双向DC/ DC 结构高， 高压侧输入电压大的时， 开关管承受电压应力大， 且功率电感变压器绕线复杂； 半桥结构变压器没有中心抽头， 设计简单， 低压侧电压较低时， 由于电容分压， 造成在升压变换过程中升压能力不足； 全桥结构效率最高， 可以实现软开关控制， 但控制电路复杂， 成本较高。本文提出一种基于采用数字控制的双向DC/ DC 变换器， 采用两级变换结构， 一级采用固定脉冲驱动； 另一级采用双闭环控制， 可以有效的在3 V 锂电池电压与400 V 电源电压之间进行变换。
1 双向DC/ DC主电路结构和工作原理
本文采用两级双向DC/ DC 变换器结构， 如图1 所示。第一级采用隔离式半桥变换结构， 利用变压器对高压侧与低压侧进行隔离， 开关管V1 ， V1 ， V3 ， V4 采用固定脉冲控制， 实现从400 V 母线电压和20 V 中间电压进行变换， 第二级采用非隔离式Buckboost 变换器构成， 开关管V5 ， V6 采用闭环闭环控制， 实现20 V 中间电压和3 V 锂电池电压之间进行二次变换。
1. 1 降压工作模式
母线侧输入电压400 V， 经C1 和C2 分压， 上下桥臂输入电压为200 V。控制器将固定脉冲送至T G1 和TG2 ， 使开关管V1 ， V2 工作在开关状态。由V3 ， V4 体内二极管与D3、D4 构成全波整流电路， 经C0 滤波， 使电压从400 V 降至20 V; 闭环控制器输出PWM 信号，送至开关管V5 ， 使V5 ， D6 ， L 1 ， C11 构成Buck 降压变换器， 将电压从20 V 降至3 V。调节输入开关管V5 的驱动波形占空比， 可以调节输出电压。降压变换时输入电压与输出电压关系式：
式中： N 1 变压器高压侧匝数； N2 变压器低压侧匝数，V400高压侧输入电压； D1 开关管V5 的输入脉冲占空比。
图1 两级双向DC/ DC 主电路图
1. 2 升压工作模式
电池侧输入3 V 电压， 经C11 滤波后， 送至由V6 ，D5 ， L 1 ， C0 构成boost 升压变换器， 由boo st 变换器将电压从3 V 升至20电感器厂 V， 调节送到V6 的脉冲占空比， 可以实现调节输出电压； 由第一级变换器升压至20 V 的电压经C3 ， C4 分压， 送至半桥变换器， 给固定脉冲至TG3和TG4 ， 使开关管V3 ， V4 工作在开关状态， 经变压器升压至200 V， 由V1、V2 的体内二极管与D1、D2 以及C1 ，C2 构成全波倍压整流电路， 将输出电压稳定在400 V。
升压变换时输入电压与输出电压关系式：
式中： N 1 变压器高压侧匝数； N2 变压器低压侧匝数；Vbat ter y 电池电压； D2 开关管V6 的输入脉冲占空比。
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