技術領域

本實用新型涉及雙向DCDC領域，具體涉及一種基于狀態轉移的雙向DCDC系統。

背景技術

近年來，電力電子技術隨著功率半導體的飛速發展得到重視，在需要進行升降壓的能量雙向流動場合，雙向DCDC變換器是直流領域的不二選擇。

但是傳統的雙向DCDC在進行發生故障或功率方向變換時，基本都是簡單粗暴地把系統PWM波形關閉，由于雙向DCDC都有磁性元件，這種粗暴的方法在處理不當時會讓磁性元件兩端電壓驟升，嚴重時損壞開關管和磁性元件。

目前有針對雙向DCDC進行多模式控制的技術，但都需要在切換過程中關閉功率管，未能解決上述問題。

論文“大功率雙向DC_DC變換器拓撲結構及其分析理論研究”一文提出了狀態轉移的升降壓切換方法，但是在雙向DCDC怠機時，功率開關均關閉，未能解決上述問題。

論文“雙向DC_DC變換器的數字控制研究與設計”一文提出的一種基于延時的切換方法，在這種切換方法中，無法根據系統的狀態進行準確切換，實際上也未解決上述問題。

實用新型內容

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本實用新型提供一種基于狀態轉移的雙向DCDC系統。

本實用新型采用如下技術方案：

一種基于狀態轉移的雙向DCDC系統，包括雙向全橋變換器、DCDC雙向控制器、用于工作狀態切換的狀態轉移模塊及過限與保護模塊，所述DCDC雙向控制器輸出驅動信號到雙向全橋變換器；

所述狀態轉移模塊輸入四種信號，分別為DCDC雙向控制器使能信號、DCDC雙向控制器模式變更信號、DCDC雙向控制器的電感零電流指示信號及過限與保護模塊的系統異常輸入信號；所述狀態轉移模塊輸出電流設定值切換信號和驅動失能信號到DCDC雙向控制器；

所述過限與保護模塊輸入雙向全橋變換器的電壓及電流信號。

所述DCDC雙向控制器包括操作臺、PWM模擬控制器及控制環切換器；

所述操作臺包括DCDC雙向控制器使能模塊、模式變更模塊及電感零電流指示模塊；

所述PWM模擬控制器包括升壓和降壓控制器，在狀態轉移模塊的作用下實現升降壓切換；

所述控制環切換器包括電壓環和電流環。

所述狀態轉移模塊包括延遲恢復運行模塊、錯誤狀態模塊、系統狀態機及輸出信號邏輯運算模塊，所述延遲恢復運行模塊及錯誤狀態模塊與系統狀態機連接，系統狀態機與輸出邏輯運算連接。

所述雙向全橋變換器包括大壓差啟動保護雙向IGBT、電壓傳感器、電流傳感器、降壓全橋IGBT組及升壓全橋IGBT組。

一種雙向DCDC系統的狀態轉移方法，系統包括功率方向切換、故障和啟停三種工況，且包括鎖定、離線、待機和運行共四種工作狀態，具體工作狀態轉移方法如下：

系統開機后啟動前進入鎖定狀態，若電感零電流指示信號為高電平，則進入離線狀態；若電感零電流指示信號為高電平且異常信號是否為低電平，則進入待機狀態；否則不轉移狀態；

進入待機狀態后，若DCDC雙向控制器使能信號為高電平，且模式變更信號為高電平和異常信號是否為低電平，則進入運行狀態，否則保持待機狀態；

進入運行狀態之后，判斷DCDC雙向控制器使能信號是否為低電平、DCDC雙向控制器模式變更信號是否為低電平及過限與保護模塊的異常信號是否為高電平，若有一個條件成立，則進入離線狀態，否則保持運行狀態；

進入離線狀態之后，狀態切換模塊輸出電流設定值切換信號把電流環的給定切換到0給定，這時系統的電壓環被切除，系統工作在電流給定為0的電流單環模式，此時若電感零電流指示信號為高電平則進入待機狀態，否則運行延遲恢復運行模塊，100us之后再判斷DCDC雙向控制器使能信號、DCDC雙向控制器模式變更信號及過限與保護模塊的異常信號，若DCDC雙向控制器使能信號為高電平，且模式變更信號為高電平和異常信號為低電平，則根據目前系統狀態輸出電流設定值切換信號，再快速進入運行狀態。

所述異常信號包括過壓異常、過流異常及工作模式異常。

本實用新型的有益效果：

(1)在功率方向切換、故障和啟停三種系統工況下，系統都能根據狀態轉移模塊監測的信息進行判斷，并能夠在PWM模擬控制器的作用下快速響應；

(2)在系統有工況發生時，能夠通過設定電流給定，并根據系統狀態轉移實現系統輸出能量大于輸入能量，實現能量的有效管理；