環(huán)境污染與能源危機使可再生能源愈發(fā)受到關(guān)注。由于新能源的間歇性和隨機性，分布式發(fā)電系統(tǒng)需要儲能單元的配合才能具有穩(wěn)定輸出。但是，系統(tǒng)中低壓儲能單元與中壓直流母線的電壓等級差距一般較大。因此，需要一種高增益雙向DC-DC變換器作為其接口電路。其中，隔離型高增益雙向DC-DC變換器以其電氣隔離，易于高頻化、小型化，易于實現(xiàn)軟開關(guān)等優(yōu)勢而得到應(yīng)用廣泛。

在眾多電壓型高增益雙向DC-DC變換器中，雙有源橋變換器得到了廣泛的研究。全橋型雙有源橋變換器是由一個變壓器連接的兩個全橋電路，在變壓器的一側(cè)串聯(lián)一個電感Lp，通過控制雙有源橋變換器的橋間移相角來改變變換器的功率傳輸方向，控制橋內(nèi)移相角保證開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通（Zero Voltage Switch, ZVS）。但變換器工作在輕載條件時，高壓側(cè)開關(guān)管不能實現(xiàn)ZVS，嚴(yán)重影響變換器的效率。

有學(xué)者在傳統(tǒng)電壓型雙有源橋拓?fù)涞幕A(chǔ)上進行改進，在變壓器的高壓側(cè)增加一個中心抽頭，通過電感LH與電容橋臂中點相連。改變高壓側(cè)橋內(nèi)移相角就可以在全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)開關(guān)管的ZVS，相對于傳統(tǒng)雙有源橋，其電壓增益也提升了兩倍。但是，當(dāng)變換器低壓側(cè)電壓波動范圍較寬時，改進型雙有源橋變換器并不能在全功率范圍內(nèi)實現(xiàn)ZVS。

與此同時，以LLC諧振型變換器為基礎(chǔ)的電壓型高增益雙向DC-DC變換器也受到了廣泛的關(guān)注。

• 有學(xué)者在電壓型全橋雙向變換器中加入了LLC諧振網(wǎng)絡(luò)，該電路可在全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通和零電流關(guān)斷（Zero Current Switch, ZCS）。
• 有學(xué)者為了使電壓型變換器正反向工作時的電路形式相同，在二次側(cè)加入了輔助電感，該改進措施可使電路對稱，且易于實現(xiàn)軟開關(guān)。以上方案所提出的變換器均具有良好的特性，但是，該電壓型變換器在低壓大電流輸入的場合下，低壓側(cè)電流紋波較大，變換器效率會變低。
• 據(jù)此，有學(xué)者提出了一種電流型Boost半橋雙向隔離變換器，高壓側(cè)為倍壓整流電路，有效提高了變換器的電壓增益，但是當(dāng)變換器工作在較輕負(fù)載時難以實現(xiàn)開關(guān)管的ZVS。
• 針對這個問題，有學(xué)者提出了一種新型的電流型半橋雙向隔離DC-DC變換器。通過在變換器高壓側(cè)串聯(lián)電感，采用移相控制調(diào)節(jié)高壓側(cè)的電感電流，實現(xiàn)了變換器全功率范圍內(nèi)的ZVS。
• 有學(xué)者中的兩電感電流型雙向變換器，在低壓大電流輸入時，不僅低壓側(cè)電流紋波小、開關(guān)導(dǎo)通損耗低，而且可以實現(xiàn)較高的電壓增益。

然而，當(dāng)變換器工作在正向升壓模式時，低壓側(cè)開關(guān)管關(guān)斷過程中會由于變壓器漏感而產(chǎn)生較大的關(guān)斷尖峰，不利于開關(guān)管的正常運行。對于開關(guān)管關(guān)斷尖峰問題，一般采用有源鉗位電路或者RCD緩沖電路來抑制關(guān)斷尖峰。

值得注意的是，有源鉗位會增加開關(guān)管的個數(shù)，提高電路復(fù)雜性，同時剩余電流裝置（Residual Current Device, RCD）電路會消耗一部分功率，降低了變換器的傳輸效率。

據(jù)此，有學(xué)者提出一種新型高變換比雙向DC-DC變換器，該變換器具有電壓變換比高、低壓側(cè)電流紋波小等優(yōu)勢，但該變換器低壓側(cè)開關(guān)管不能全部實現(xiàn)ZVS，導(dǎo)致部分開關(guān)管電壓應(yīng)力較大。

針對高增益雙向變換器存在的上述問題，為了減小變換器低壓側(cè)電流紋波，進一步提高變換器增益，本文提出一種電流型高增益雙向DC-DC變換器。通過在低壓側(cè)全橋電路兩個橋臂中點加入兩個交錯工作的Boost輸入電感，提高了變換器電壓增益且減小了低壓側(cè)電流的紋波。

并且該變換器在低壓側(cè)加入了LLC諧振網(wǎng)絡(luò)，控制開關(guān)頻率小于LLC的諧振頻率，可實現(xiàn)低壓側(cè)所有開關(guān)管的ZVS開通。變換器高壓側(cè)是倍壓整流電路，進一步增大了變換器增益；利用變壓器漏感Lk和諧振電容Ck諧振，為高壓側(cè)開關(guān)管創(chuàng)造了ZCS關(guān)斷的條件。

該變換器采用脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM）+脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation, PFM）控制策略，可保證低壓側(cè)開關(guān)管實現(xiàn)ZVS，高壓側(cè)開關(guān)管實現(xiàn)ZVS、ZCS，減小了開關(guān)損耗。因此，該變換器具有高增益、電流紋波小、效率高等優(yōu)勢，適用于作為新能源發(fā)電系統(tǒng)的電力電子接口。

圖1 電流型雙向直流變換器電路拓?fù)?/p>

結(jié)論

為了減小高增益雙向DC-DC變換器低壓側(cè)的電流紋波，進一步提高變換器增益，本文提出了一種電流型高增益雙向DC-DC變換器，提出的變換器具有以下優(yōu)勢：

• 1）該變換器在低壓側(cè)全橋電路的兩個橋臂中點連接兩個交錯工作的Boost輸入電感，可增大變換器增益并減小低壓側(cè)電流紋波并提高電壓增益。
• 2）該變換器在低壓側(cè)加入了LLC諧振網(wǎng)絡(luò)，控制開關(guān)頻率小于LLC的諧振頻率，在提高電壓增益的同時，可實現(xiàn)了低壓側(cè)所有開關(guān)管的ZVS。
• 3）變換器高壓側(cè)為倍壓整流電路，在原有基礎(chǔ)上進一步提高了電壓增益，且利用變壓器漏感Lk和諧振電容Ck諧振，可實現(xiàn)高壓側(cè)開關(guān)管的ZVS和ZCS，減小了開關(guān)管導(dǎo)通損耗，提高了變換器效率。該變換器具有高增益、低壓側(cè)電流紋波小、效率高等優(yōu)勢，適于作為新能源發(fā)電系統(tǒng)的電力電子接口。