在高效能量轉(zhuǎn)換需求日益增長的背景下，雙橋正激（Dual-Active Bridge, DAB）作為一種具備雙向能量傳輸能力的全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，逐漸成為新能源、電動交通、電池儲能等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)方案。它不僅提升了系統(tǒng)效率，還簡化了電氣隔離與控制設(shè)計，是現(xiàn)代高頻電源系統(tǒng)中非常有代表性的架構(gòu)之一。

一、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成與基本原理

雙橋正激電路由兩個結(jié)構(gòu)對稱的全橋逆變器（Bridge A 與 Bridge B）組成，它們通過一個高頻隔離變壓器相連接。在實際設(shè)計中，這兩個全橋變換器分別對應(yīng)系統(tǒng)的“源端”和“負(fù)載端”，可以是固定電壓母線，也可以是電池組或光伏板等直流電源。

每個全橋包含四個功率開關(guān)器件（如MOSFET、IGBT或GaN），呈H橋形態(tài)排布。橋A與橋B之間通過高頻變壓器耦合實現(xiàn)電氣隔離及能量交換。變壓器的初級連接Bridge A，次級連接Bridge B，并在其中加入適當(dāng)?shù)臑V波電感以控制電流變化速率。

DAB的運(yùn)行原理核心在于“相位移調(diào)制”。也就是說，通過調(diào)整兩個橋臂輸出電壓波形之間的相位差，使變壓器原副邊形成非對稱波形，從而產(chǎn)生電壓差，引導(dǎo)能量流動方向：

- 相位差為正時，能量從Bridge A流向Bridge B；

- 相位差為負(fù)時，能量從Bridge B反向傳回Bridge A；

- 相位差為零時，系統(tǒng)無功率交換。

這一調(diào)控方式不僅簡潔高效，還能實現(xiàn)自然軟開關(guān)，大大降低開關(guān)損耗。

二、運(yùn)行特性與性能優(yōu)勢

1. 支持雙向功率傳輸

相比傳統(tǒng)正激變換器只能實現(xiàn)單向電能傳輸，雙橋正激支持能量在兩個方向自由切換，且無需改變物理結(jié)構(gòu)。它通過改變兩橋臂的導(dǎo)通時序即可實現(xiàn)能量流的方向反轉(zhuǎn)，非常適合應(yīng)用在儲能系統(tǒng)、電動汽車雙向充放電等場合。

2. 實現(xiàn)軟開關(guān)（ZVS/ZCS）

DAB天然支持軟開關(guān)機(jī)制，在全負(fù)載范圍內(nèi)通過調(diào)節(jié)電流方向和開關(guān)時刻實現(xiàn)ZVS（零電壓開通）或ZCS（零電流關(guān)斷）。這不僅減少了MOSFET等器件的應(yīng)力，還顯著降低了系統(tǒng)開關(guān)損耗，提升整機(jī)可靠性和效率，特別適合高頻工作條件下的應(yīng)用需求。

3. 隔離與安全性

高頻變壓器實現(xiàn)電氣隔離，保障電氣系統(tǒng)之間的安全分區(qū)。該特性在醫(yī)療、電動車等高電壓場合尤其重要，可避免高低壓側(cè)間發(fā)生擊穿或電氣干擾。

4. 電磁干擾（EMI）抑制能力強(qiáng)

雙橋正激采用對稱驅(qū)動、交錯調(diào)制、固定頻率開關(guān)等控制策略，有效抑制了諧波分量對外部電路的干擾。同時由于實現(xiàn)軟開關(guān)，電壓電流波形邊緣較緩，EMI輻射本身也較低，簡化濾波與電磁兼容設(shè)計。

5. 模塊化設(shè)計、易于擴(kuò)展

結(jié)構(gòu)對稱且控制方式通用，使其非常適合模塊化設(shè)計。多個DAB模塊可并聯(lián)或級聯(lián)，滿足大功率擴(kuò)展或多端口電源需求。現(xiàn)代儲能逆變器中，經(jīng)常看到多DAB結(jié)構(gòu)級聯(lián)提升轉(zhuǎn)換靈活性。

三、典型應(yīng)用場景解析

1. 電動汽車充電系統(tǒng)

電動車的車載充電器（OBC）以及V2G系統(tǒng)中，雙橋正激結(jié)構(gòu)可承擔(dān)雙向能量轉(zhuǎn)換角色：既支持電網(wǎng)到電池的充電模式，又支持電池向電網(wǎng)的能量回饋模式。其高效率、軟開關(guān)和隔離能力完美契合EV行業(yè)對于體積小、發(fā)熱低和高可靠性的需求。

2. 無線能量傳輸系統(tǒng)

在工業(yè)或醫(yī)療無線供電平臺中，DAB結(jié)構(gòu)常作為前級功率變換器，將直流電源變換為高頻正負(fù)對稱方波，驅(qū)動中間諧振網(wǎng)絡(luò)或電感耦合裝置，再在接收端通過整流還原為直流能量。其高頻、低損與隔離特性使其成為高端無線供電首選拓?fù)洹?/p>

3. 可再生能源逆變系統(tǒng)

光伏發(fā)電與風(fēng)能系統(tǒng)中，雙橋正激常用于光伏側(cè)與儲能側(cè)之間的功率管理。白天太陽能過剩時能量轉(zhuǎn)存電池，夜間則反向?qū)⒛芰酷尫胖霖?fù)載或電網(wǎng)。通過智能控制，其可輕松實現(xiàn)MPPT管理、SOC平衡等能源調(diào)度策略。

4. 電池儲能系統(tǒng)（BESS）

在BESS系統(tǒng)中，DAB結(jié)構(gòu)連接電池組與主DC母線，實現(xiàn)靈活的充電/放電控制。結(jié)合數(shù)字控制器件與實時監(jiān)控算法，能夠?qū)崟r調(diào)整充電策略，保障電池在合理工作區(qū)間，提高電池使用壽命。

四、工程實現(xiàn)中的關(guān)鍵點

- 控制策略設(shè)計：主要采用基于DSP/FPGA的移相控制，需精確掌控導(dǎo)通時序與死區(qū)時間，避免交叉導(dǎo)通；

- 軟開關(guān)調(diào)節(jié)：在不同負(fù)載狀態(tài)下，要設(shè)計適當(dāng)?shù)碾姼衅ヅ湟跃S持ZVS區(qū)域；

- 磁器件優(yōu)化：高頻磁芯材料與繞組工藝直接影響效率與溫升；

- 器件選型：根據(jù)功率等級、頻率要求和散熱條件選擇合適的MOSFET或SiC器件。

總結(jié)

雙橋正激作為一種高度集成化、高效率、雙向可調(diào)的功率轉(zhuǎn)換拓?fù)洌饾u在智能電網(wǎng)、電動出行、儲能系統(tǒng)和無線充電等領(lǐng)域中取代傳統(tǒng)方案。其靈活的控制策略、優(yōu)秀的軟開關(guān)特性及高擴(kuò)展性為未來多能源協(xié)同和智能能量管理系統(tǒng)提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。隨著控制算法與新型器件的不斷發(fā)展，DAB的性能還有很大的提升空間，未來將在更多智能化場景中釋放潛力。