一. 课题研究背景及意义

为满足人类对能源的需求同时减少对环境的破坏，世界各国都在努力寻求可再生的绿色能源，例如现在大力发展的太阳能和风能等。但由于这些新能源具有随机性和不稳定性等特点，其应用受到了一定程度的限制。双向DC/DC变换器就是根据系统的要求，在不改变其端口电压极性的情况下，它的输入，输出电流方向可以改变，进而实现了能量的双向流动，在功率传输上相当于两个单向DC/DC变换器，是典型的的一机两用设备，尤其是在需求双向能量流动的应用场合可以大幅度减轻系统的体积重量和成本，有着重要的研究价值^[1~3]。

20世纪80年代初，美国的一些学者为了解决卫星电源系统体积过大和重量较重的问题，提出了使用双向DC/DC变换器来替代蓄电池充电器和放电器，实现汇流条电压稳定^[4]。1994年香港大学的陈清泉教授开展了电动车用双向直流变换器的研究和试验工作。1994年澳大利亚Felix.A.Himmeletoss在PESC上发表文章，总结了不隔离双向直流变换器的4种拓扑结构^[5]。美国麻省理工和密西根州立大学均开展了汽车用12/42V DC/DC变换器双电源变换系统的研究^[6]。1998年美国弗吉尼亚大学的李泽元教授进行了与燃料电池配套的双向直流变换器的研究^[7]。日本的研究人员则在不间断电源，蓄电池储能和太阳能光伏系统等领域对双向DC/DC变换器展开了研究^{[8, 9]}。F. Caricchi提出了一种适合于电动车使用的Buck-Boost级联型双向直流变换器，该变换器输入输出的负端共享^[10]。在输入输出电压相差较大的场合，一种由推挽变换器和半桥变换器组合而成的混合变换器也得到了发展^[11]。美国弗吉尼亚学院的余文松教授采用准方波零点压软开关技术研制的双向DC/DC变换器，满载时效率可达98%^[12]。香港理工大学的谢志刚教授研究出了并联均流技术在双向DC/DC变换器上的应用^[13]。

我国对双向电力变换器的研究起步较晚，浙江大学和华中科技大学针对小功率通信电源应用领域开展了相关研究^{[14, 15]}。中科院电工研究所对大功双向电力变换器建模与理论分析，并开发出1台5KW低电压输出，隔离性双向DC/DC电力变换器^[16]。华中科技大学提出了一种三电平双向DC/DC变换器拓扑^[17]。浙江大学的陈刚博士在双向反激式DC/DC变换器的基础上提出有源钳位双向反激式DC/DC变换器，在变压器一边引入了有源钳位电路来消除反激变换器中开关管的电压尖峰^[2]。

2004年南京航空航天大学的张方华博士对级联式双向DC/DC变换器，推挽正激移相式双向DC/DC变换器，正反激组合式双向DC/DC变换器做了深入的研究，提出了许多新型的适合于双向变换应用场合的应用电路并研究了其控制模型，通过双向控制模型的分析，采用PID补偿环节的单电压闭环实现了系统闭环稳定^{[1, 18]}。

二. 研究现状与应用场合

由于双向DC/DC变换器在可再生能源，电力系统，航空航天计算机和通讯等领域有着广泛的应用，近年来国内外专家对其进行了一系列研究，主要集中在拓扑结构和控制方式上。

双向DC/DC变换器拓扑结构按输入和输出之间是否电气隔离分为隔离型和非隔离型两种^[19]。

(1)常见非隔离型双向DC/DC变换器的拓扑结构有降压式和升压式构成的Buck-Boost双向直流变换器，简写为Bi Buck-Boost；升降压式直流变换器可构成同类的双向Buck/Boost，简写为Bi Buck/Boost；库克（Cuk）构成的Bi Cuk; Sepc和Zeta可构成双向直流Bi Sepc Zeta变换器。以上四种双向直流变换器只能实现电流的双向流动而不能改变电压的极性。