[實用新型]一種基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移的雙向DCDC系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201620994980.6
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN206226286U
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王孝洪;鐘松錦;陳迪;曾健華;陳英杰;田聯(lián)房;黃氏秋江
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 王東東

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及雙向DCDC領(lǐng)域，具體涉及一種基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移的雙向DCDC系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，電力電子技術(shù)隨著功率半導(dǎo)體的飛速發(fā)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(lǐng)域的不二選擇。

但是傳統(tǒng)的雙向DCDC在進行發(fā)生故障或功率方向變換時，基本都是簡單粗暴地把系統(tǒng)PWM波形關(guān)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(guān)管和磁性元件。

目前有針對雙向DCDC進行多模式控制的技術(shù)，但都需要在切換過程中關(guān)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(jié)構(gòu)及其分析理論研究”一文提出了狀態(tài)轉(zhuǎn)移的升降壓切換方法，但是在雙向DCDC怠機時，功率開關(guān)均關(guān)閉，未能解決上述問題。

論文“雙向DC_DC變換器的數(shù)字控制研究與設(shè)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(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)進行準確切換，實際上也未解決上述問題。

實用新型內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本實用新型提供一種基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移的雙向DCDC系統(tǒng)。

本實用新型采用如下技術(shù)方案：

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

所述狀態(tài)轉(zhuǎn)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(tǒng)異常輸入信號；所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移模塊輸出電流設(shè)定值切換信號和驅(qū)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(huán)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(tài)轉(zhuǎn)移模塊的作用下實現(xiàn)升降壓切換；

所述控制環(huán)切換器包括電壓環(huán)和電流環(huán)。

所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移模塊包括延遲恢復(fù)運行模塊、錯誤狀態(tài)模塊、系統(tǒng)狀態(tài)機及輸出信號邏輯運算模塊，所述延遲恢復(fù)運行模塊及錯誤狀態(tài)模塊與系統(tǒng)狀態(tài)機連接，系統(tǒng)狀態(tài)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(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方法，系統(tǒng)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(tài)，具體工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移方法如下：

系統(tǒng)開機后啟動前進入鎖定狀態(tài)，若電感零電流指示信號為高電平，則進入離線狀態(tài)；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(tài)；否則不轉(zhuǎn)移狀態(tài)；

進入待機狀態(tài)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(tài)，否則保持待機狀態(tài)；

進入運行狀態(tài)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(tài)，否則保持運行狀態(tài)；

進入離線狀態(tài)之后，狀態(tài)切換模塊輸出電流設(shè)定值切換信號把電流環(huán)的給定切換到0給定，這時系統(tǒng)的電壓環(huán)被切除，系統(tǒng)工作在電流給定為0的電流單環(huán)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(tài)，否則運行延遲恢復(fù)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(jù)目前系統(tǒng)狀態(tài)輸出電流設(shè)定值切換信號，再快速進入運行狀態(tài)。

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(tǒng)工況下，系統(tǒng)都能根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移模塊監(jiān)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(yīng)；

(2)在系統(tǒng)有工況發(fā)生時，能夠通過設(shè)定電流給定，并根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移實現(xiàn)系統(tǒng)輸出能量大于輸入能量，實現(xiàn)能量的有效管理；