This article proposes two new pulsewidth modulation (PWM) schemes, namely, asynchronous PWM scheme (APS) and synchronous PWM scheme (SPS), for a nonisolated fourth-order bidirectional dc–dc converter (FOBDC), which are implemented to achieve a smooth start-up operation and mode transition to reverse the direction of power flow. The presented FOBDC is reported already in the literature as a unidirectional boost converter, the functionality of which is modified in this work, to enable bidirectional power flow. The FOBDC can operate in either discharging (Mode-I) or charging (Mode-II) mode. The overshoot/undershoot of inductor currents in the FOBDC occur during converter start-up operation in either of the modes and while transitioning modes (from charging to discharging and vice-versa). To eliminate the overshoot/undershoot of inductor current, two effective transition techniques are developed for smooth start-up operation and mode transition, thereby reducing the delay time significantly. The FOBDC is modeled using the state-space modeling technique, and duty ratio-to-inductor current transfer function is derived, which is validated for resistive load and battery load. Two different compensators are designed for these two transfer functions to achieve an average current-mode control (ACMC) during the charging and discharging modes of operation. The performance of the compensators is evaluated by introducing perturbations. A 12–48-V FOBDC converter, controlled by these PWM techniques with the aforementioned features, is designed, analyzed, and experimentally verified for low-power applications.

中文翻译：

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双向DC-DC转换器的分析和转换技术

本文针对非隔离的四阶双向dc-dc转换器（FOBDC）提出了两种新的脉冲宽度调制（PWM）方案，即异步PWM方案（APS）和同步PWM方案（SPS），实现这些方案以实现平滑启动操作和模式转换可逆转潮流方向。所提供的FOBDC已经在文献中作为单向升压转换器进行了报告，在此工作中对其功能进行了修改，以实现双向功率流。FOBDC可以在放电（模式-I）或充电（模式-II）模式下运行。FOBDC中的电感器电流的过冲/下冲发生在转换器启动操作期间的任何一种模式下和转换模式下（从充电到放电，反之亦然）。为了消除电感电流的过冲/下冲，开发了两种有效的过渡技术，以实现平稳的启动操作和模式过渡，从而显着减少了延迟时间。使用状态空间建模技术对FOBDC进行建模，并导出占空比与电感器的电流传递函数，并针对电阻负载和电池负载进行了验证。针对这两种传递函数设计了两种不同的补偿器，以在充电和放电操作模式期间实现平均电流模式控制（ACMC）。补偿器的性能通过引入扰动来评估。设计，分析和实验验证了由具有上述功能的这些PWM技术控制的12–48V FOBDC转换器，适用于低功耗应用。从而大大减少了延迟时间。使用状态空间建模技术对FOBDC进行建模，并导出占空比与电感器的电流传递函数，并针对电阻负载和电池负载进行了验证。针对这两种传递函数设计了两种不同的补偿器，以在充电和放电操作模式期间实现平均电流模式控制（ACMC）。补偿器的性能通过引入扰动来评估。设计，分析和实验验证了由具有上述功能的这些PWM技术控制的12–48V FOBDC转换器，适用于低功耗应用。从而大大减少了延迟时间。使用状态空间建模技术对FOBDC进行建模，并导出占空比与电感器的电流传递函数，并针对电阻负载和电池负载进行了验证。针对这两种传递函数设计了两种不同的补偿器，以在充电和放电操作模式期间实现平均电流模式控制（ACMC）。补偿器的性能通过引入扰动来评估。设计，分析和实验验证了由具有上述功能的这些PWM技术控制的12–48V FOBDC转换器，适用于低功耗应用。已针对电阻负载和电池负载进行了验证。针对这两种传递函数设计了两种不同的补偿器，以在充电和放电操作模式期间实现平均电流模式控制（ACMC）。补偿器的性能通过引入扰动来评估。设计，分析和实验验证了由具有上述功能的这些PWM技术控制的12–48V FOBDC转换器，适用于低功耗应用。已针对电阻负载和电池负载进行了验证。针对这两种传递函数设计了两种不同的补偿器，以在充电和放电操作模式期间实现平均电流模式控制（ACMC）。补偿器的性能通过引入扰动来评估。设计，分析和实验验证了由具有上述功能的这些PWM技术控制的12–48V FOBDC转换器，适用于低功耗应用。