图5.25为双向Buck-Boost变换器的拓扑结构。该变换器通过在单向DC-DC变换器上的开关管上反并联二极管，构成双向DC-DC变换器结构。

它的工作原理为：当开关VT₁工作、VT₂截止时，该变换器处于升压状态，即Boost电路；反之，当VT₂工作、VT₁截止时，该变换器处于降压状态，即Buck电路。在实际的应用中，降压运用得比升压要广得多。值得说明的是，两个功率开关器件的驱动信号必须保证在一个开关完全关断后，另一个开关才能导通，只有这样，才能实现变换器在Buck、Boost状态间顺利地交替。该变换器的结果是电压的极性不变，电流的极性可以改变，开关VT₁、VT₂为IGBT，通过互补导通的方式，这样处于电流连续工作模式，不会出现断流的情况。

图5.25 双向Buck-Boost变换器的拓扑结构

（1）双向Buck-Boost小信号传递函数

小信号模型的状态方程是线性定常的一阶微分方程组，可以用来建立开关电路的传递函数。在该模型中，输入变量为：控制量为 ，扰动量为 ，状态变量为：电感电流 和电容电压 ，而系统的输出变量通常是状态变量或者是它们的组合。

在该模型中，各个不同的输入和状态变量间已实现解耦，因此可以很容易地写出其传递函数，进行拉普拉斯变换：

解之，得

因此，可得

式中

故状态变量 与输入扰动量 间的传递函数如下：

表示成标量为(www.daowen.com)

状态变量 与控制量d间的传递函数为

表示成标量为

（2）电压电流双闭环控制

采用电压电流双闭环控制的最终系统控制框图如图5.26所示。系统采用电压电流双闭环控制，控制系统釆样DC-DC电路输出电压U₀，与输出电压给定值U_ref作差，进行比例积分调节从而控制电压。同时，PI调节器输出值为内环电流环的电流给定值I_ref。采样该DC-DC电路的电感电流值I_L，它和内环电流给定进行比例积分控制，调节器的输出值作为调制波，与载波相作用调节占空比进而控制双向DC-DC电路。

图5.26 电压电流双闭环控制框图

采用电压电流双闭环控制的优势如下：

1）系统的瞬态特性得到改善。在DC-DC电路中添加电流控制的系统中，电压波动或者是负载的突变等扰动，都会立即引起电感电流或者功率开关管的电流变化，通过电流传感器实时地采样电流信号的变化将使系统立即做出反应和调节。而电压单环控制的电路必须等输出电压发生变化后才会开始控制调节。因此，在系统动态响应快速性和调节性能等方面，双环控制系统有很大优势。

2）应用电压电流双闭环控制的系统，可以有效地限制开关器件的电流，以保护功率关器件。双环系统中，外环电压环的PI调节输出值作为内环电流环的给定值，可以通过对外环PI调节器的输出限幅，来限制内环电流给定，从而防止功率器件过电流。

3）系统的稳定性得到提高。