峰值效率高达99%！国产高性能非隔离双向DC/DC数字电源方案实现高功率密度转换

在碳中和背景下，面对光储、电动车、通信能源等场景，高效、紧凑、可靠的双向DC/DC电源才是系统性能的关键。传统双向DC/DC拓扑在效率、控制复杂性、器件应力或功率密度等方面存在的局限性难以满足高功率密度电源的迫切需求。

相比之下，非隔离四开关Buck - Boost拓扑则展现出独特优势：能够提供更高的电源转换效率并且只需要一个电感器，取代了Sepic设计。

（常用DCDC变换器拓扑比较图）

FSBB变换器的电压应力相对较小，与双向Cuk和双向Sepic/Zeta相比，其电感、电容等无源元件也较少，可以实现较高的功率密度。在数字控制技术的引入和简化硬件设计的同时，提升了转换效率，这些特性使FSBB得到广泛应用。

快包分析师推荐小华高性能MCU开发的非隔离双向DC/DC数字电源方案，采用BUCK-BOOST拓扑结构单且能同时实现升降压,，采用平滑无缝切换的DCM/CMM混合控制模式，提升硬件功率传输能力。

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非隔离四开关BUCK-BOOST双向DC/DC数字电源参考设计

方案参考设计采用小华自研HC32F334芯片，HRPWN模块灵活的外部事件处理机制+消隐模式轻松实现简化变频控制，通过检测输入输出状态、电感负电流（ZCD）来实现变占空比和变频控制。还引入电感负电流检测延时补偿，可消除硬件延时导致的损耗。

方案主要FSBB规格参数如下：

采用DCN/CCM混合的简化变频控制的优点：

· 化多控制变量为单一控制变量，计算量小，易于MCU实现

· 在宽输入输出范围内实现全负载范围ZVS、提升系统效率

· 实现电感电流有效值最优控制，导通损耗低，进一步优化效率

· CCM变频工作模式下，频率变换范围窄，有利于滤波元器件设计

方案控制框图：

方案主要测试结果：

1.2kW双向DC-DC DAB变换器

方案参考设计基于小华HC32F334数字电源芯片完成的，验证了HC32F334芯片完全能够胜任模拟与数字相结合、需要多重移相的复杂PWM发波数字电源应用场景；高效的系统设计、出色的性能指标以及完整的故障保护机制，在一定功率范围内可以实现ZVS软开关，进一步减小变压器和滤波电容的体积，提高功率密度。

方案主要参数：

• 原边侧电压范围：350~420V

• 副边侧电压范围：42~55V

• 最大输出功率：1200W

• 开关频率：100kHz

• 峰值效率：97.0%

方案优势：

• 基于自主知识产权的数字电源控制器方案

• 采用三重移相控制方案，提高系统效率

• 使用芯片自主间隔运行功能实现burst模式与连续运行无缝切换，burst模式下输出电压纹波小

• 刹车保护功能齐全：输入输出过流，腔电流过流，输入输出过压等

• 峰值效率高达97.0%

方案波形测试结果：

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