我们生活中使用的 DC/DC 变换器都只能从单一方向进行工作，其最根本原因是 功率较大的开关管（像 MOSFT，IGBT）只能处理单一方向上流过的能量，而且主电 路上装有二极管，因为其本身的特性，导致能量只能朝一个方向流通。现在，科技 和社会的发展相当迅速，人们对电源系统提出了更高的要求，以适应其在不同工业、 科研环境下需求。在航空航天系统，I 类负荷不断电系统中，直流电源变换器有着不可 或缺的作用。在要求能充放电的系统，比如电动汽车、不允许断电的系统、光伏发 电、航空电力等场合中，要求能量可以双向自由流通，而为此做两个电能变换器显 然过于笨重，而且增加了成本。双向 DC/DC 变换器（Bi-direConal DC/DCConverter， BDC）就在这样的背景下应运而生了，通过适当的控制，它可以让能量两个方向自由 地流动，对比做两个电能变换器，兼顾了变换器的体积、重量，还有成本，提高了 效率。双向的 DC/DC 变换器完成了两个设备的工作，而普通的 DC/DC 变换只能完成 能量的单向流动。变换器之所以双向流动能量是因为它在原来开关管的基础上并联 了一个快恢复的二极管，让其导通电流本来只能在一个象限工作变成了两个。这样 的处理方法好处是不用改变输入和输出电压的极性却能控制电流的流
双向 DC － DC 变换器（ Bidireconal DC － DC Converter—BDC）是一个 DC － DC 变换器的双象限运行，是在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下，根据应用需要改变电流方向，实现能量双向流动的 DC － DC 变换器。它的输入、输出电压极性不变，但输入、输出电流的方向可以改变。图 1 为 BDC 的二端口示意图，双向 DC － DC 变换器置于 V1 和 V2 之间，控制其间的能量传输。从各种基本的变换拓扑来看，可将其看做两个单向 DC － DC 变换器反向并联连接，通过改变两个单元的工作状态调节能量的双向流动，因此双向 DC － DC 变换器在功能上相当于两个单向 DC － DC变换器。
双向DC_DC 变换器的原理
双向DC_DC变换器是指在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下，能够根据需要调节能里双向传输的直流到直流变换器，如图1所示： 双向DC_DC变换器置于V1和V2 之间，控制其间的能里传输，I1和2分别是V1和V2的平均输入电流。根据实际应用的需要，可以通过双向DC_DC变换器的变换控制，使能里从V1传输到V2，称为正向工作模式（Forwardmode），此时I1为负，而I2为正; 或使能里从V2传输到V1，称为反向工作模式（Backwardmode），此时I1为正，而2 为负。
由于电力电子技术的不断发展，使得双向 DC － DC 变换器的应用日益广泛。尤其是静态开关技术的出现，使双向 DC － DC 变换器不断朝着高效化、小型化高性能化的方向发展。双向 DC －DC 变换器作为典型的“一机两用”设备，在需要能量双向流动的应用场合，可以大幅度降低系统的体积、重量及成本，具有高效率、动态性能好等优势，具有重要的研究价值。我们以实际参赛为经验，研究并设计了基于 STC12C5A60S2 单片机的双 DC － DC 变换电路。
系统方案论证
双向 DC － DC 模块的论证与选择
双向 DC － DC 变换有隔离和非隔离两种。非隔离型的电路比较简单，容易实现，且能满足低压、大电流场合应用，但是其电压转换比较低; 相反，隔离型的变换器可以实现较大大的电压转换比，且相较于非隔离性安全性高，可应用于不同功率场合，但是由于隔离变压器的漏磁和损耗等易造成效率的降低。本题没有要求输入输出隔离，且结合两者的优缺点，所以选择非隔离方式。具体有以下几种方案：
（ 1） 方案一： 双向 Cuk 型拓扑结构变换器
Cuk 型双向 DC － DC 变换器电路如图 2 所示，该电路需要两个电感将能量经过三次传递到负载，因此对电容传输能量的性能要求高，不适用于大功率场合应用，且效率比较低，电路较为复杂，实际电路应用很少。
（ 2） 方案二： 半桥型双向变换器
把非隔离的半桥型单向 DC － DC 变换的功率二极管变为双向开关后即构成非隔离的半桥型双向 DC － DC 变换器，其电路如图3 所示，这种双向 DC － DC 变流器结构简单，成本低，容易实现单端恒流，开关管的电压、电流应力小，适合于中小功率的应用场合。鉴于上面分析，选用方案二。
充电电流 I1
充电电流 I1 由双向 DC － DC 的实时输出电流和最大输出电流决定。比赛 要 求 充 电 时，输出电流可调范围是 1 ～ 2A，根 据TPS5430 数据手册给出的计算公式：
系统设计实现系统框图
如图 6 所示，充电时，系统在输入 24 ～ 36V 内变化，通过双向DC － DC 变换器的降压电路输出到 18650 型锂电池。放电时，电池通过双向 DC － DC 变换器的升压电路输出到负载。单片机STC12C5A60S2 的键盘输入设定值，使双向 DC － DC 变换器输出电压，通过驱动场效应管和电路反馈实现对电流的恒定与步进控制。同时，还可以实现设定和实时电流电压显示与过压保护功能。
主模块电路
（ 1） 双向 DC － DC 变换电路
如图 7 和图 8，双向 DC － DC 变换模块是利用 TPS5430 降压芯片和 UC3842 升压芯片构成。两者之间通过可控硅构成的静态开关完成充、放电工作模式的转换。
（ 2） AD 和 DA 电路
本设计需要对输入、输出电流进行采集，结合低功耗，高精度等特点，采用 TLC2543 芯片，它是一款 12 位串行输入，多路采集的模数转换器。
电流的大小由 DA 控制。电流控制精度不低于 5% ，因此需要采用比较高精度的 DA，故选用 12 位串行的 TLV5618 芯片。
AD 采样电路、DA 输出电路分别如图 9、图 10 所示。
3） 过充保护模块
该模块采用软件控制保护。充电时，输出端接入分压电阻，经AD 进行采集，单片机判断控制。当双向 DC － DC 电路输出电压超过阈值 24 ± 0． 5V 时，对 TPS5430 的 5 脚使能端低电平，芯片停止工作，输出电流为 0，达到过充电保护目的。
