1.1 目的及意义

DC / DC变换器是一种将直流电转换为所需要的另一种直流电的设备，即把大电压小电流的输入通过变换器变换成小电压大电流或将小电压大电流的输入通过变换器变换成大电压小电流。因为一般的单向DC / DC变换器中的主功率传输通路上都使用的是单向导通器件，故变换器的能量传递方向只能是一个方向的，不可以反向传递。而在其他的领域，如航天电源系统、电动汽车及直流不停电电源系统等，在这些领域都需要能量能够双向流动的DC / DC变换器[1~3]。

如果依旧采用单向拓扑结构，那么就要求将两个单向DC / DC变换器进行反并联，可是如此接法的电路结构对于需要能量双向流动的场合来说，结构复杂、成本高、可靠性差、性价比低等缺点将随之显现出来。而在实际应用中，通常是把两个变换器的反并联模式用一个能量能够双向流动的变换器来代替，即双向DC / DC变换器。这样结构的双向DC / DC变换器不仅可以减小变换器体积和重量，而且还能提高变换器的功率密度，节约成本，在原有基本单向DC / DC变换器的基础上衍生出各种双向DC / DC变换器。

双向DC / DC变换器可以被定义为当变换器的输出状态划分到Vo-Io的坐标中时，其输出只在第一、二象限中变换，即变换器的输入和输出的电压参考方向是不改变的，而输入和输出的电流方向可控（电流可以双向流动），这种变换器我们称之为双向DC / DC变换器。在图 1.1 中给出的是双向DC / DC变换器的示意图。

双向DC/ DC变换器承担了 2 个单相拓扑结构的DC/ DC反并联完成的任务，即实现了能量的双向流动。在要求能量能够双向流动的应用环境能够很大程度的减小系统所占用的空间、质量和生产成本，具有深远的研究意义。图1.2为一基本单通道双向Boost BuckDC/DC 变换器，这种变换器有两种工作模态：1）Boost 模态，当 S₂ 持续处于关断状态， S₁ 作为主开关管，变换器就变成了一个 Boost电路，能量可以从 V₁ 端传递到 V₂ 端，完成升压工作；2）Buck模态，当 S₁ 持续处于关断状态，S₂ 作为主开关管，此时变换器变成了一个Buck电路，能量可以从 V₂ 端传递到 V₁ 端，完成降压工作。

与采用两个反并联的单向 DC/DC变换器作比较，双向DC/DC变换器只用一个变换器就能实现能量的双向传输，并且使用了相对较少的电器元件就完成了能量的双向流动，节约了成本，提高了经济效益。此外，在低电压且电流较大的环境中，一般双向DC/DC变换器还可以在现有的电路上使用同步整流的方法，从而来有效降低通态损耗，提高变换器的效率。

发展初期的双向DC/DC变换器，由于当时生产生活实际情况对变换器的电压等级、容量等级等的要求都相对较低，这种两电平 Buck Boost 双向变换器成为当时的双向 DC/ DC变换器最常用的变换器，这种将原来的续流二极管换成双向开关管（如IGBT、 MOSET等）得到的了两电平双向DC/ DC变换器，结构简单、可靠性强是这种变换器比较重要的优点，但每个开关管承受的电压应力是输入或输出电压。但是随着科学技术的迅猛发展，电动汽车、航天航空、电力系统、交通、计算机和通信、国防军工、工业控制等领域对双向DC/DC变换器得应用逐渐增多，而对双向DC/DC变换器处理的电压等级和容量等级的要求也随之增多，由于当前的开关管电压承受能力，上面提到的结构很难实现大电压下的应用，并且该结构稳定性能不是很理想^[4]。

近年来电子信息技术得到前所未有的发展，交错并联供电技术也在通信电源、航空等领域中得到了广泛应用。两相交错并联技术是由两个结构相同的电路相互并联，相位相差 180#61616;。电路交错并联之后，频率增大为原来的两倍，减小了总输出纹波电压，但单通道的电流纹波没有变化，为了提高电路的性能，引入磁集成技术。磁集成技术是将电路里的分离磁性元件从结构上集成在一个磁芯上，既能使开关电源的体积减小、重量变轻、损耗降低等，又能使电路的动态性能和稳态性能得到提高。磁集成技术通过两个通道间电感的耦合关系可以减小单通道的电流纹波。交错并联技术通过多通道传输能量，可以成倍提高开关变换器的等效开关频率及功率，并且磁集成技术能将各个通道间的电感进行耦合而形成耦合电感，既可以降低稳态纹波电流，又减小输出滤波电容，当今社会的科技生产不断发展使得双向DC/DC变换器的使用量变大，尤其是在航天电源系统、电动汽车及直流不停电电源系统等领域需求量不断增加。下面对其进行简要地介绍：

(l) 航天电源系统