由于环保意识的抬头带动再生能源与绿能产业的蓬勃发展。得利于电力电子、数位控制及电池技术的进步，电能转换与电池储能系统的应用需求越来越广泛。例如 : 电动汽车的电能系统、对电力系统用电进行削峰填谷和均衡电力的储能系统、应急电源及可携式行动电源 … 等。这些设备都需要对电池系统进行充电储能及将储存在电池的能量放电提供至电气设备的双向电力传输功能，典型应用如下图 1 所示。
双向电力传输架构可以分为 Bidirectional AC-DC 与 Bidirectional DC-DC Converter，根据不同的应用及功率需求有不同的适合架构。下文介绍常见的隔离式 Bidirectional DC-DC Converter，以提供设计专案时选用适合架构的参考。
2. 常用隔离式双向 DC-DC Converter 架构介绍
隔离式双向 DC-DC Converter 架构很多，本文仅说明较常见实际应用的架构 : LLC、CLLLC、 DAB。不同架构有不同的特性，选择适当的架构是专案成功最关键的一步，下
文介绍各架构的工作特点。
2.1 Bidirectional LLC DC-DC Converter
LLC Converter 以高效率、低干扰，控制简单等优点为最常使用的 DC-DC Converter 之一。Bidirectional LLC DC-DC Converter 是将传统 LLC Converter 整流侧改为开关元件的全桥结构达到双向电力传输的功能，如下图 2 所示。
图 2 : Bidirectional LLC DC-DC Converter
当正向操作时功率从 V1 传输到 V2，Q1 ~ Q4 为主控开关，Q5 ~ Q8 为同步整流开关。工作原理同传统单向 LLC。相反的，当反向操作时功率从 V2 传输到 V1，此时 Q5 ~Q8 为主控开关，Q1 ~ Q4 为同步整流开关。由于反向操作时，V2 侧没有谐振元件，变压器左边操作为串联谐振，最大增益等于 1 ( 当操作于谐振频率时 )。其他频率时增益小于 1。反向操作另一个问题是操作时变压器被 V2 箝位，如下图 3 所示，Voltage Mode 控制时变压器容易偏磁。LLC 与 CLLLC 都是可以设计为全范围 ZVS 操作，由于二次侧没有串联谐振电容，因此比 CLLLC 更适合应用于二次侧电流较大的应用，Bidirectional LLC DC-DC Converter 常应用于双向高压 - 低压的应用。
( a )
( b )
图 3 : Bidirectional LLC 反向操作 : ( a ) Q5 & Q8 turn on ; ( b ) Q6 & Q7 turn on
2.2 Bidirectional CLLLC DC-DC Converter
Bidirectional CLLLC DC-DC Converter 在 Bidirectional LLC Converter 二次侧串联 LC 谐振元件使两边对称 ( 电路图如下图 4 所示 )，可以使反向操作时增益大于 1。因此反向操作时可以比 Bidirectional LLC 反向操作时有更大的增益。由于二次侧串联了谐振电容，也解决了 LLC 反向操作变压器容易偏磁的问题。
图 4 : Bidirectional CLLLC Converter
CLLLC 动作方式与 LLC 相同，当正向操作时，Q1 ~ Q4 为主控开关，Q5 ~ Q8 为同步整流开关。当反向操作时，此时 Q5 ~ Q8 为主控开关，Q1 ~ Q4 为同步整流开关。在大功率应用场合谐振电容及滤波电容会承受大电流，因此不适合太大电流的应用，Bidirectional CLLLC DC-DC Converter 常应用于双向高压 - 高压的应用。
2.3 Bidirectional Dual Active Bridge ( DAB ) DC-DC Converter
Bidirectional Dual Active Bridge Converter 电路架构及操作波形如下图 5 所示，主要由一个谐振电感、一个变压器及一二次侧各由 4 颗开关组成 2 个全桥结构的双向转换器。
( a )
( b )
图 5 : ( a ) Bidirectional Dual Active Bridge ( DAB ) Converter ; ( b ) DAB Converter 操作波形。
DAB 架构是固定频率操作模式，功率传输是透过控制一二次侧的相移角度来调节，功率从领先相位电桥侧传输到落后相位电桥侧。透过控制两侧的电桥相位即可控制功率传输方向。另外，PWM 开关 turn on 可以 ZVS 操作，但 turn off 为硬切换，电流应力大，turn off 切换损失大。得利于第三类半导体的低切换损失特性，使用 SiC MOSFET 可以大大改善 DAB 架构操作的切换损失。由于中小功率大都会选用 LLC 或 CLLLC 架构，因此 Bidirectional DAB Converter 常用于大瓦数电力转换应用。
3. 隔离式双向 DC-DC 转换器架构比较
各种不同的应用条件适合不同的转换架构，根据以上各架构的分析整理出每一架构的特点，方便设计时选用适合架构的参考，如下表 :
4. 结论
本文介绍并比较了常见隔离式双向 DC-DC Converter 架构的特性及适合应用条件，可做为专案架构设计评估的简易参考，依据不同的应用条件选择适合的架构。LLC 与CLLLC 因为串联电容及滤波电容在大电流应用时会增加成本及设计难度，因此一般应用在中小功率。LLC 适合高压 - 低压的双向转换，例如家庭储能系统、Portable Energy Storage ( PES )。CLLLC 适合高压 - 高压的双向转换，例如车载 On Board Charger ( OBC )。DAB 因结构简单，只有串联谐振电感，且可调整电压范围大，常用于大功率及电池电压范围大的应用，例如 EV Charger、Energy Storage System ( ESS )。
因双向架构控制较复杂，必须同时监控一二次侧的电压电流状态，并判断决定正向或反向功率转换控制，一般没有 Analog Control IC 可以使用，必须使用 Digital Controller，例如 : NXP 56800EX DSCs ( 32-bit Digital Signal Controllers ( DSC ) ) 系列。