电池供电的便携设备越来越多，在今日生活中扮演的角色也越来越重要。这个趋势还取决于高能量储存技术的发展，例如锂离子(Li-ion)电池和超级电容器。这些储能设备连接到可再生能源系统(太阳能和风能)，收集和储存能源，并稳定提供给用户，其中一些应用需要快速充电或放电。
这里我们将要介绍的是一种双向DC-DC转换器，其双向性允许电流产生器同时具备充电和放电能力。双向控制器可以车用双电池系统提供出色的性能和便利性。而且在降压和升压模式中采用相同的电路模块大幅降低了系统的复杂性和尺寸，甚至可以取得高达97%的能源效率，并且可以控制双向传递的最大电流。
电气原理
图1显示了简单但功能齐全的电气图，其对称配置可让用户选择四种不同的运作模式。它由四个级联降压-升压转换器的单相象限组成，包括四个开关、一个电感器和两个电容器。根据不同电子开关的功能，电路可以降低或升高输入电压。开关组件由碳化硅(SiC) MOSFET UF3C065080T3S组成，当然也可以用其他组件代替。
图1：双向降压-升压转换器接线图。
四种运作模式
用户可以简单配置四个MOSFET来决定电路的运作模式，具体包括如下四种：
- 电池位于A端，负载位于B端，从A到B为降压；
- 电池位于A端，负载位于B端，从A到B为升压；
- 电池位于B端，负载位于A端，从B到A为降压；
- 电池位于B端，负载位于A端，从B到A为升压；
在该电路中，SiC MOSFET可以三种不同的方式运作：
- 导通，对地为正电压；
- 关断，电压为0；
- 脉动(Pulsating)，具方波和50% PWM；其频率应根据具体运作条件进行选择。
根据这些标准，SiC MOSFET的功能遵循图2中所示的表格。
图2：四个SiC MOSFET的运作模式和作用。
模式一：降压(Buck)A-B
选择模式一，电路做为降压器，即输出电压低于输入电压的转换器。这种电路也称为“step-down”，其电压产生器需连接在A侧，而负载连接在B侧。负载效率取决于所采用的MOSFET组件。具体配置如下：
- SW1：以10 kHz方波频率进行切换；
- SW2：关断，即断开开关；
- SW3：关断，即断开开关；
- SW4：关断，即断开开关。
图3中显示了Buck A-B模式下的输入和输出电压；其输入电压为12V，输出电压约为9V，因此电路可用作降压器。其开关频率选择为10kHz，输出端负载为22Ohm，功耗约为4W。
图3：Buck A-B模式下的输入和输出电压。
模式二：升压A-B
模式二提供升压操作，即作为输出电压高于输入电压的转换器。这种电路也称为“step-up”。 电压产生器需连接在A侧，而负载连接在B侧。负载效率取决于所采用的MOSFET组件。具体配置如下：
- SW1：导通，即关闭开关(闸极供电)；
- SW2：关断，即断开开关；
- SW3：关断，即断开开关；
- SW4：以10kHz方波频率进行切换。
图4显示了Boost A-B模式下的输入和输出电压，其输入电压为12V，输出电压约为35V，因此电路可用作升压器。其开关频率选择为10kHz，输出端负载为22Ohm，功耗约为55W。
图4：Boost A-B模式下的输入和输出电压。
模式三：降压B-A
选择模式三，电路也做为降压器运作，即输出电压低于输入电压的转换器。其电压产生器需连接在B侧，而负载连接在A侧，负载效率取决于所采用的MOSFET组件。具体配置如下：
- SW1：关断，即断开开关；
- SW2：关断，即断开开关；
- SW3：以100 kHz方波频率进行切换；
- SW4：关断，即断开开关。
图5显示了Buck B-A模式下的输入和输出电压。其输入电压为24 V，输出电压约为6.6V，因此电路可用作降压器。其开关频率选择为100kHz，输出端负载为10Ohm。
图5：Buck B-A模式下的输入和输出电压。
模式四：升压B-A
选择模式四，电路作为升压器运作，即输出电压高于输入电压的转换器。这种电路也称为“step-up”，其电压产生器需连接在B侧，而负载连接在A侧。负载效率取决于所采用的MOSFET组件。具体配置如下：
- SW1：关断，即断开开关；
- SW2：以100 kHz方波频率进行切换；
- SW3：导通，即关闭开关（栅级供电）；
- SW4：关断，即断开开关。
图6显示了Boost B-A模式下的输入和输出电压。其输入电压为18V，输出电压约为22V，因此电路可用作升压器。其开关频率选择为100 kHz，输出端负载为22 Ohm，功耗约为22W。
图6：Boost B-A模式下的输入和输出电压。
结语
电路的效率取决于许多因素，首先是所采用的MOSFET导通电阻Rds(on)，它决定了电流是否容易通过(如图7)。另外，这种配有四个功率开关的电路需要进行认真的安全检查；如果SW1和SW2 (或SW3和SW4)同时处于导通状态，则可能造成短路，从而损坏组件。
图7：Boost A-B模式下，电感上的脉动电压和电流曲线图。
编译：Judith Cheng
责编：Luffy Liu
(参考原文：Let’s build a Bidirectional Buck-Boost Converter with SiC MOSFET )
-
微信扫一扫
一键转发 -
最前沿的电子设计资讯
请关注“电子技术设计微信公众号”
- 用水泥和炭黑制造储能超级电容器 一项新的研究表明，人类最普遍的两种历史材料，水泥和炭黑（类似于非常细的木炭），可能会成为新型低成本储能系统的基础。该技术可以在可再生能源供应出现波动的情况下使能源网络保持稳定，从而促进太阳能、风能和潮汐能等可再生能源的使用。
- 一种用于电路板回收的新基材：遇水能溶 英国的Jiva Materials公司开发了一种新型的PCB基材Soluboard，这种基材是由天然纤维包裹在一种无卤的聚合物中制成的，与行业内经常使用的FR-4基材不同，这种材料只要在90摄氏度左右的热水中浸泡30分钟，就可以分层溶解···
- 大联大世平集团推出基于onsemi产品的电动汽车（EV）充电桩 大联大控股宣布，其旗下世平推出基于安森美（onsemi）NTBG022N120M3S和NCD57084产品的电动汽车（EV）充电桩方案。
- 机器人版的ChatGPT，谷歌新模型泛化能力大幅提高 7月28日，Google DeepMind宣布以训练AI聊天机器人的方式训练了一款全新的机器人模型Robotic Transformer 2(RT-2)，这是一种新颖的视觉-语言-动作(VLA)模型，可以从网络和机器人数据中学习，并将这些知识转化为机器人控制的通用指令。
- 电池能用三十年？美国Ener Venue称推出革命性电池技术 三元锂离子电池的理论寿命约为800次循环，磷酸铁锂约为2000次，而钛酸锂据说可以达到1万次循环，也就是说常规普通人使用的锂离子电池每天完全充放电三次，最多也就能用上几年的时间。虽然相较于铅酸电池200-300次的循环寿命来说，这已经是很大幅度的提升了，但现在有一家公司宣称他们的电池可以充放电30000次，每天充放电三次，能用30年。
- 小尺寸大功率Harwin连接器子系列可从360° EMC后壳中 Harwin公司宣布其Kona大功率连接器子系列现已推出带后壳的产品。
- 后来居上，美光宣布已出样业界首款HBM3 Gen2内存 7月26日，美光宣布推出业界首款8层24GB HBM3 Gen2内存芯片，是HBM3的下一代产品，采用1β工艺节点，目前该款美光内存芯片正在向客户提供样品。
- 韩国造世界首个室温超导体，闹剧还是新的未来？ 7月22日，韩国的一个科研团队在预印本网站arXiv平台上上传了两篇论文，声称发现了世界上首个常压室温超导体，这种材料是一种改性铅磷灰石名为LK-99，超导临界温度在127摄氏度，即400K以上，而且在常压下就具备超导性。
- 艾迈斯欧司朗推出智能多像素EVIYOS 2.0 LED，适用于高 EVIYOS 2.0具备高分辨率、完全防眩智能远光功能，在远光模式下自动降低眩光；EVIYOS 2.0将图像和安全警示投射在路面上，向驾驶员和车辆周边人员传递路况信息；EVIYOS 2.0是首款一体式像素化LED，该产品包含25,600个独立可控的发光芯片；经过长达10年的集中研发，EVIYOS 2.0即将于本月投入批量生产；马瑞利新推出的h-Digi microLED模块采用EVIYOS 2.0技术。
- 一比一复刻iOS版功能，Android版ChatGPT正式上线 7月25日，OpenAI宣布，Android版ChatGPT已经正式上线，可在谷歌应用商店进行下载，目前仅限在美国、印度、孟加拉国和巴西四国下载使用，不过OpenAI计划在下周拓展到更多地区。
- 芯来科技与IAR达成战略合作伙伴关系 IAR Embedded Workbench for RISC-V功能安全版将全面支持芯来科技NA系列车规级处理器内核
- 基于晶体管的简单异或逻辑器件 “异或”逻辑器件广泛应用于各种数字电路中。然而，在某些情况下，例如，当使用更高的工作电压时，使用标准芯片是不可能的。这个问题可以通过使用分立器件来解决。
- 激发未来小小女工程师对STEM课程的兴趣，对工程界至关重要 泰克科技组合软件总经理Rick Khulman: “激发孩子们——尤其是女孩们对STEM的兴趣，对我本人乃至广大工程界
- 数据闭环——自动驾驶下半场的“入场券” 自动驾驶战争的上半场拼的是硬件和算法，下半场拼的则是数据和将数据点石成金的能力，即数据闭环能力。
- Nothing Ear（2）真无线降噪耳机拆解 在2023年3月，Nothing正式发布了全新迭代产品——Nothing Ear（2）真无线降噪耳机，在外观方面延续了家族式的透明元
- 小米Sound Move智能音箱拆解 Xiaomi Sound Move搭载4单元，采用双对称立体声学结构设计，通过高解析力双扬声器和双被动辐射器，经由小米声学金
- 射频传输线基础 今天大家一起学习一下射频传输线基础这篇讲义
- 奔驰半年成绩单：让赚钱变得更优雅！ 2023年上半年，梅赛德斯-奔驰集团呈现出强劲的财务表现和业务增长。本文详述各方面的具体表现。
- 自动驾驶对动力系统的影响 7月13日，由中国汽车工程学会、青岛市工业和信息化局主办，中汽翰思管理咨询公司协办的第十五届汽车动力系统技
- 红配绿，黑与白？什么样的配色才能俘获审稿人的芳心？ 好的科研绘图配色令人印象深刻，也能更准确地传递数据信息，今天小编就带大家看一下怎样去选择最适合自己数据，能
- AP AUTOSAR设计思想及原理 本文给大家分享一下在 AP AUTOSAR 里面我们怎么样去做一个设计，整个 AP 的设计思想及原理。
- 多合一电驱动系统设计和挑战 7月13日，由中国汽车工程学会等主办的第十五届汽车动力系统技术年会（TMC2023）在青岛举行。会上许多公司展示了引
- 电动化降价，智能化收费：未来汽车的双重变革 从2023年开始，价格战的阴影一直笼罩在汽车行业上面，“卷”是进行时，但是怎么”卷”出来是所有人考虑的问题。
- 宝华韦健TWS耳机PI7 S2评测 全新一代 Pi7 S2 的体验如何？耳机在保持上代经典「英伦风」的同时，又能带来哪些新体验呢？下面，就让我爱音频网带
- 瑞萨电子MCU和MPU产品线将支持Microsoft Visual Studio Code 客户现可以在VS Code中设计和调试瑞萨嵌入式处理器的软件，与瑞萨自有e2 Studio IDE相辅相成
- 逐点半导体IRX游戏体验品牌正式上线 从移动视觉处理方案到特定游戏调优，推动手游体验迈向新的征程
- 大联大世平集团推出基于onsemi产品的电动汽车（EV）充电桩方案 大联大控股宣布，其旗下世平推出基于安森美（onsemi）NTBG022N120M3S和NCD57084产品的电动汽车（EV）充电桩方案。
- 意法半导体发布创新红外传感器，提升楼宇自动化的人员存在和移动检 带有微加工热敏晶体管的高集成度、超低功耗传感器可取代传统的被动红外探测器
- 比科奇介绍其打造更加智能移动通信基础设施新愿景 比科奇在MWC上海世界移动通信大会期间介绍了其在引入人工智能（AI）等技术打造更加智能的移动通信基础设施方向
- WiSA E开发套件开始向全球发货，旨在统一非Sonos音频市场 面向中国、韩国、日本和美国的各大品牌发货
- 安森美和麦格纳签署战略合作协议，投资碳化硅生产以满足日益增长的 麦格纳将在其主驱逆变器方案中集成安森美的EliteSiC以增加电动汽车的续航里程和能效
- 小尺寸大功率Harwin连接器子系列可从360° EMC后壳中受益 Harwin公司宣布其Kona大功率连接器子系列现已推出带后壳的产品。
- Arm 扩大开源合作伙伴关系，加强投入开放协作 Arm 和我们的生态系统的关键信念之一是与开源社区合作，共创一个高度发达的 Arm 架构，使软件的落地更加稳定，从
- WiSA推出两款功能强大的新工具，用于实现、管理和测试WiSA技术支持 新工具可为客户提供全面支持，助其开发和制造采用WiSA E和WiSA DS设计、用于多声道音频的产品
- 艾迈斯欧司朗推出智能多像素EVIYOS 2.0 LED，适用于高精度自适应 EVIYOS 2.0具备高分辨率、完全防眩智能远光功能，在远光模式下自动降低眩光；EVIYOS 2.0将图像和安全警示投射
- 全新Arm IP Explorer平台助力SoC架构师与设计厂商加速IP选择 Arm推出全新Arm IP Explorer平台
