開關(guān)模式電源系統(tǒng)和包括該系統(tǒng)的航空器的制造方法
【專利摘要】一種開關(guān)模式電源系統(tǒng)和包括該系統(tǒng)的航空器。該電源系統(tǒng)包括：主開關(guān)單元（6），其包括第一主分支（14）和第二主分支（16），每個主分支包括主開關(guān)（T1、T2）；輔開關(guān)單元（10），其連接至主開關(guān)單元（6）并包括第一次級分支（20）和第二次級分支（22）及連接分支（24），每個次級分支包括次級開關(guān)（T3、T4），連接分支（24）將輔開關(guān)單元（10）連接至主開關(guān)單元（6），連接分支（24）包括開關(guān)電感器（L1）；主開關(guān)單元（6）和輔開關(guān)單元（10）相互級聯(lián)連接；輔開關(guān)單元（10）包括至少兩個開關(guān)電容器（C1、C2），開關(guān)電容器（C1）中的一者與次級開關(guān)（T3、T4）之一并聯(lián)，開關(guān)電容器（C2）中的另一者與主開關(guān)（T1、T2）之一并聯(lián)。
【專利說明】開關(guān)模式電源系統(tǒng)和包括該系統(tǒng)的航空器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及開關(guān)模式電源系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]更具體地，本發(fā)明涉及一種計劃在輸入連接至電功率源(electric powersource)及在輸出連接至負(fù)載的電力電源系統(tǒng)(electric power supply system),該電力電源系統(tǒng)包括:
[0003]主開關(guān)單元，該主開關(guān)單元包括第一主分支和第二主分支，第一主分支和第二主分支各自包括主開關(guān)，所述主開關(guān)可以在打開狀態(tài)和閉合狀態(tài)之間是可控的，以及
[0004]輔開關(guān)單元，其連接至主開關(guān)單元并包括第一次級分支和第二次級分支及連接分支，一方面，第一次級分支和第二次級分支各自包括次級開關(guān)，該次級開關(guān)可以在打開狀態(tài)和閉合狀態(tài)之間被控制，以及另一方面，連接分支用于將輔開關(guān)單元連接至主開關(guān)單元，所述連接分支包括開關(guān)電感器，所述主開關(guān)單元和所述輔開關(guān)單元相互級聯(lián)連接。
[0005]這種類型的電力電源系統(tǒng)顯然裝配于航空器并被用于向電子設(shè)備提供電功率。
[0006]此類系統(tǒng)例如在文獻(xiàn)《ANovel Two-quadrant Zero-Voltage TransitionConverter for DC Motor Drives》中進(jìn)行了描述,其中所述電源系統(tǒng)在輸出連接至牽引電機(jī)。
[0007]這些電源系統(tǒng)的操作原理基于所述主開關(guān)單元的開關(guān)的開關(guān)操作，以用于調(diào)整由這些電源系統(tǒng)傳遞的電功率。
[0008]在這些電源系統(tǒng)的操作期間，許多元件產(chǎn)生了電功率損耗。
[0009]包括在這些系統(tǒng)中并被控制用于打開和閉合以調(diào)整所傳遞的電功率的開關(guān)產(chǎn)生了兩種類型的電功率損耗:
[0010]靜態(tài)損耗，其與導(dǎo)電的開關(guān)的性能相關(guān)并不能通過修改電源系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而減少，以及
[0011]動態(tài)損耗，或開關(guān)動作損耗，其與穿過開關(guān)的電流相關(guān)并與在開關(guān)打開和閉合期間開關(guān)端子上的電壓有關(guān)，以及與開關(guān)的開關(guān)動作持續(xù)時間有關(guān)。
[0012]在上述文獻(xiàn)中，為了減少動態(tài)損耗，輔開關(guān)單元的開關(guān)被控制以用于經(jīng)由特定控制定律打開和閉合，以使得主開關(guān)單元的開關(guān)的開關(guān)動作產(chǎn)生較少的損耗。
[0013]然而，預(yù)期的解決方案并不是非常滿意。
[0014]實際上，在該系統(tǒng)中，主開關(guān)和次級開關(guān)的控制依賴于連接至電源系統(tǒng)的輸出的牽引電機(jī)的操作模式而利用兩個不同的控制定律實現(xiàn):在電機(jī)像負(fù)載一樣起作用時第一控制定律負(fù)責(zé)開關(guān)的控制，以及在電極像發(fā)電機(jī)一樣起作用時第二控制定律負(fù)責(zé)開關(guān)的控制。
[0015]該系統(tǒng)的開關(guān)的控制因此特別復(fù)雜。
[0016]進(jìn)一步地，開關(guān)的本征二極管被用于驅(qū)動與開關(guān)相關(guān)聯(lián)的負(fù)載電流，該負(fù)載電流用于產(chǎn)生主開關(guān)單元的開關(guān)的端子上的電壓諧振。[0017]這引起了由電流通路導(dǎo)致的二極管中巨大的導(dǎo)電損耗以及還引起了由開關(guān)的導(dǎo)電形成的巨大損耗，這些損耗與二極管的恢復(fù)電流(recovery current)相關(guān)。
[0018]最后，輔開關(guān)單元的開關(guān)被控制以為了使開關(guān)電流為零且這僅僅是基于打開操作。所描述的系統(tǒng)并未限制次級開關(guān)的寄生電容放電所產(chǎn)生的損耗。
[0019]本發(fā)明的目的因此是為了提出一種允許減少電功率損耗的電源系統(tǒng)。
[0020]出于這個目的，本發(fā)明涉及以上所述的電力電源系統(tǒng)，其特征在于，輔開關(guān)單元還包括至少兩個開關(guān)電容器，一個開關(guān)電容器與次級開關(guān)中的一者并聯(lián)放置，另一開關(guān)電容器與主開關(guān)中的一者并聯(lián)放置。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的其他有益方面，電源系統(tǒng)包括以下技術(shù)特征中的一個或多個特征，這些特征可以獨立使用或根據(jù)任何可能的技術(shù)組合進(jìn)行組合使用:
[0022]該系統(tǒng)進(jìn)一步包括兩個輸入端子、兩個輸出端子、連接在所述輸出端子之間的輸出濾波器以及電感器、該電感器被包括在所述輸出濾波器中或者連接至所述輸入端子中的一者和連接至主開關(guān)單元，電感器電流能夠流過所述電感器；
[0023]該系統(tǒng)能夠接收輸入電壓并能夠在輸出提供輸出電壓，所述電源系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制裝置，該控制裝置能夠控制主開關(guān)和次級主開關(guān)的打開和閉合，以用于使所述電源系統(tǒng)的電壓從動于所述輸入電壓或輸出電壓，或者使所述電源系統(tǒng)的電流從動于所述電感器電流；
[0024]所述控制裝置被配置用于控制相互關(guān)聯(lián)的具有相反相位的所述主開關(guān)，并且控制裝置還依賴于所述主開關(guān)單元的所述第二主分支的主開關(guān)的端子上的電壓來控制所述主開關(guān)被打開或閉合；
[0025]所述控制裝置被配置用于:
[0026]只要所述第二分支的主開關(guān)的端子上的電壓大于第一閾值，就控制閉合所述主開關(guān)單元的第一主分支的主開關(guān)，以及
[0027]只要所述主開關(guān)單元的第二分支的主開關(guān)的端子上的電壓小于第二閾值，就控制閉合所述主開關(guān)單元的第二主分支的主開關(guān)；
[0028]所述控制裝置被配置以用于根據(jù)以下各項來控制相互具有相反相位的次級開關(guān):穿過開關(guān)電感器的輔開關(guān)電流、所述主開關(guān)的狀態(tài)以及所述輔開關(guān)單元的第二次級分支的次級開關(guān)的端子上的電壓；
[0029]所述控制裝置被配置以為了控制閉合所述輔開關(guān)單元的第一次級分支的次級開關(guān):
[0030]如果所述主開關(guān)單元的第一主分支的主開關(guān)被閉合且所述輔開關(guān)電流小于為負(fù)值的第二電流閾值，以及
[0031]如果所述輔開關(guān)單元的第二次級分支的次級開關(guān)的端子上的電壓大于第一次級閾值，或者所述主開關(guān)單元的第一主分支的主開關(guān)被閉合并且所述輔開關(guān)電流小于所述第二電流閾值的時間達(dá)到預(yù)定時間，
[0032]以及如果所述主開關(guān)單元的第二主分支的主開關(guān)閉合且所述輔開關(guān)電流大于為正值的第一電流閾值，則用于控制打開所述輔開關(guān)單元的第一次級分支的次級開關(guān)；
[0033]所述控制裝置被配置以為了控制閉合所述輔開關(guān)單元的第二次級分支的次級開關(guān):[0034]如果所述主開關(guān)單元的第二主分支的主開關(guān)被閉合且所述輔開關(guān)電流大于第一電流閾值，以及
[0035]如果所述開關(guān)單元的第二次級分支的次級開關(guān)上的端子上的電壓小于第二次級閾值，或者所述主開關(guān)單元的第二主分支的主開關(guān)被閉合并且所述輔開關(guān)電流大于所述第一電流閾值的時間達(dá)到預(yù)定時間，
[0036]以及如果所述主開關(guān)單元的第一主分支的主開關(guān)閉合且所述輔開關(guān)電流小于第二電流閾值，則用于控制打開所述輔開關(guān)單元的第二次級分支的次級開關(guān)，
[0037]所述輔開關(guān)單元僅包括兩個開關(guān)電容器；
[0038]所述輔開關(guān)單元包括四個開關(guān)電容器，這四個開關(guān)電容器分別與主開關(guān)或次級開關(guān)之一并聯(lián)放置，每個開關(guān)與單個開關(guān)電容器相關(guān)聯(lián)；
[0039]該系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接至控制裝置的至少三個電流傳感器，這些電流傳感器中的至少二者分別被置于次級分支中的一個分支和另一個分支上以及第三個電流傳感器置于所述主開關(guān)單元的第一主分支上；
[0040]所述輸出濾波器包括輸出電容器和電感器，所述主開關(guān)單元連接在所述輔開關(guān)單元與所述輸出濾波器之間；
[0041]所述主開關(guān)單元和所述輸出濾波器形成電壓降壓轉(zhuǎn)換器(voltage step-downconverter)；
[0042]該系統(tǒng)進(jìn)一步包括兩個串聯(lián)安裝在所述電源系統(tǒng)的輸入的電容器，所述輸出濾波器進(jìn)一步連接至所述電容器，所述主開關(guān)單元和所述輸出濾波器形成半橋反相器電路；
[0043]該系統(tǒng)進(jìn)一步包括相互級聯(lián)連接的次級輔開關(guān)單元和次級主開關(guān)單元，所述次級輔開關(guān)單元和次級主開關(guān)單元分別與所述輔開關(guān)單元和所述主開關(guān)單元相同，所述輸出濾波器、所述主開關(guān)單元和所述次級主開關(guān)單元形成全橋反相器電路；
[0044]所述主開關(guān)單元在輸入連接至所述電感器以及在輸出連接至所述輔開關(guān)單元，所述電感器和所述主開關(guān)單元形成電壓升壓轉(zhuǎn)換器(voltage step-up converter)。
[0045]進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及航空器，該航空器包括至少一個以上所述的電力電源系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]在閱讀以下具體說明書的基礎(chǔ)上將更好地理解本發(fā)明，以下給出的僅為非限制性的示例并且為參照附圖做出的說明，其中:
[0047]圖1是根據(jù)本發(fā)明的航空器的示意性示圖；
[0048]圖2是根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)的示意性示圖；
[0049]圖3是用于控制圖2的電源系統(tǒng)的主開關(guān)單元的原理的示意性圖示；
[0050]圖4是用于控制圖2的電源系統(tǒng)的輔開關(guān)單元的原理的示意性圖示；
[0051]圖5是圖2的電源系統(tǒng)的主要量隨時間變化的示意性圖示；
[0052]圖6至14是在圖5的連續(xù)周期期間圖2的電源系統(tǒng)的操作的示意性圖示；
[0053]圖15是根據(jù)本發(fā)明的第一替換選擇的電源系統(tǒng)的示意性圖示；
[0054]圖16是根據(jù)本發(fā)明的第二替換選擇的電源系統(tǒng)的示意性圖示；以及
[0055]圖17是根據(jù)本發(fā)明的第三替換選擇的電源系統(tǒng)的示意性圖示?！揪唧w實施方式】
[0056]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的航空器2。
[0057]航空器2包括電網(wǎng)3和用于為電力負(fù)載5提供動力的系統(tǒng)4。
[0058]網(wǎng)絡(luò)3例如是DC電壓網(wǎng)絡(luò)。
[0059]系統(tǒng)4能夠接收DC輸入電壓Ve并能夠在輸出處傳遞DC或AC輸出電壓Vs。
[0060]系統(tǒng)4能夠在輸出處提供調(diào)整的電功率，該調(diào)整以電流或電壓形式執(zhí)行。在后一種情況中，輸出電壓Vs從動于(slave)設(shè)置電壓值。
[0061]參照圖2，系統(tǒng)4包括主開關(guān)單元6 (下文中的主單元6)，還包括輸出濾波器8 (下文中的濾波器8)。
[0062]系統(tǒng)4進(jìn)一步包括輔開關(guān)單元10 (下文中的輔單元10)，還包括控制裝置12。
[0063]此外，系統(tǒng)4包括電流傳感器13。
[0064]進(jìn)一步地，系統(tǒng)4包括兩個輸入端子E1、E2，分別為正極端子El和負(fù)極端子E2，還包括兩個輸出端子S1、S2，分別為正極端子SI和負(fù)極端子S2。
[0065]負(fù)載5例如是裝載在航空器2上的電子設(shè)備的不同零件。
[0066]主單元6能夠?qū)?biāo)記為i2的電感器電流傳遞至輸出濾波器8。
[0067]結(jié)合輸出濾波器8，主單元6能夠在系統(tǒng)4被電壓控制的情況下確保輸出電壓Vs的調(diào)整，以及在系統(tǒng)4被電流控制的情況下確保電感器電流i2的調(diào)整。
[0068]主單元6包括三個電接點6A、6B、6C，這三個電接點6A、6B、6C界定了主單元6的第一分支14和第二分支16，下文中的主分支14、16。
[0069]電接點6A、6B、6C適用于將主單元6連接至系統(tǒng)4的其他元件以及連接至電源網(wǎng)絡(luò)，尤其適用于將輻單元10與主單元6級聯(lián)連接。這在以下將更加具體地進(jìn)行描述。
[0070]第一電節(jié)點6A和第二電接點6B界定了第一主分支14。第一主分支14包括主開關(guān)Tl。
[0071]第二電接點6B和第三電接點6C界定了第二主分支16。第二主分支16包括主開關(guān)T2。第二主分支16經(jīng)由第三電接點6C連接至電氣地M。
[0072]第二電接點6B還被連接至輸出濾波器8的輸入，濾波器8的輸入可以根據(jù)電流從系統(tǒng)4的輸入向著輸出的流向自主單元6開始被順流找到。
[0073]開關(guān)T1、T2例如為MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)型的場效應(yīng)晶體管。
[0074]第二主分支16的開關(guān)Τ2的端子上的電壓以下被標(biāo)記為Vsw2。
[0075]濾波器8能夠?qū)υ谙到y(tǒng)4的輸出傳遞的電流和電壓進(jìn)行濾波。
[0076]濾波器8例如是LC濾波器。該濾波器包括電感器電流i2穿過其中的濾波電感器L2和在其端子上具有被標(biāo)記為Vs的電壓的輸出電容器Cs。
[0077]輸出電容器Cs被連接至輸出端子S1、S2，以及濾波電感器L2被連接至主單元6的第二電接點6B和連接至輸出端子SI。
[0078]在圖2的示例中，主單元6和輸出濾波器8形成電壓降壓轉(zhuǎn)換器，也就是已知的稱為Buck轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器。
[0079]輔單元10包括四個電接點10A、10B、10C、10D，這四個電接點10A、10B、10C、IOD界
定了輔單元10的三個分支20、22、24。進(jìn)一步地，輔單元10包括兩個開關(guān)電容器C1、C2，下文中的電容器Cl、C2。[0080]電接點IOA至IOD適用于將輔單元10連接至主單元6及連接至系統(tǒng)4和/或電源網(wǎng)絡(luò)3的其他元件，并且尤其適用于將輔單元10與主單元6級聯(lián)連接。
[0081]更具體地，輔單元10包括第四電接點IOA和第五電接點10B，特別地，第四電接點IOA和第五電接點IOB界定了第一次級分支20，該第一次級分支20包括次級開關(guān)T3，下文中的開關(guān)T3。
[0082]輔單元10包括第六電接點10C，該第六電接點IOC與第五電接點IOB聯(lián)合界定了第二次級分支22，該第二次級分支22還包括次級開關(guān)T4，下文中的開關(guān)T4。第二次級分支22經(jīng)由第六電接點IOC被連接至地M。
[0083]輔單元10進(jìn)一步包括第七電接點10D，該第七電接點IOD與第五電接點IOB聯(lián)合界定了連接分支24，該連接分支24包括開關(guān)電感器LI。第七電接點IOD對應(yīng)于開關(guān)電感器LI的輸出端子。
[0084]輔單元10位于系統(tǒng)4的輸入處，第四電接點IOA對應(yīng)于輸入端子El或直接連接至輸入端子E1，第六電接點IOC對應(yīng)于輸入端子E2或直接連接至輸入端子E2。
[0085]主單元6和輔單元10相互級聯(lián)連接。
[0086]更具體地，在圖2的實施方式中，第四電接點IOA經(jīng)由電連接被連接至第一電接點6A。
[0087]第六電接點IOC經(jīng)由電連接被連接至第三電接點6C。
[0088]連接分支24直接或經(jīng)由電連接連接至第二電接點6B。
[0089]進(jìn)一步地，輔單元10的電容器Cl、C2中的一者與主開關(guān)Tl、T2并聯(lián)，以及電容器C1、C2中的另一電容器與次級開關(guān)T3、T4并聯(lián)。
[0090]在圖2的示例中，電容器Cl與開關(guān)Τ4并聯(lián)，以及電容器C2與開關(guān)Τ2并聯(lián)。
[0091]電容器Cl、C2顯然為具有與該電容器并聯(lián)的開關(guān)的本征電容器的專用電容器。
[0092]應(yīng)當(dāng)注意的是，實際上，開關(guān)的本征電容器(這些電容器各自具有也稱為《寄生電容量》的電容量)對電容器C1、C2的電容量的值做出了貢獻(xiàn)，其允許將電容器C1、C2的大小最小化。
[0093]標(biāo)記為I1的輔開關(guān)電流流過開關(guān)電感器LI。輔開關(guān)電流I1是正弦形狀的交流電流，其具有最大正值il_max和負(fù)最小值il_min。
[0094]輔單元10能夠經(jīng)由控制裝置12的控制降低開關(guān)Tl、T2中的開關(guān)損耗，以及限制次級開關(guān)T3、T4中的開關(guān)損耗。這將在以下進(jìn)行更加具體的描述。
[0095]開關(guān)Τ3、Τ4也是MOSFET型的場效應(yīng)晶體管。
[0096]第二次級分支22的次級開關(guān)Τ4的端子上的電壓以下被標(biāo)記為Vswl。
[0097]控制裝置12被配置以使得系統(tǒng)4的電壓從動于輸出電壓Vs，或者使得系統(tǒng)4的電流從動于電感器電流i2，并且這通過控制開關(guān)Tl至T4的打開和閉合以使得端子上的電壓和/或流過開關(guān)的電流在開關(guān)的開關(guān)操作期間是小的或甚至為零來實現(xiàn)。
[0098]更具體地，控制裝置12能夠控制主開關(guān)Tl和T2相互具有相反相位，也就是，以使得這些開關(guān)在特定時刻不會二者都閉合，以及控制次級開關(guān)T3和T4相互具有相反相位。
[0099]此外，控制裝置12被配置用于在輔開關(guān)電流I1變得大于正值的第一閾值電流il_th_pos的情況下實現(xiàn)開關(guān)T3的打開，在輔開關(guān)電流I1變得小于負(fù)值的第二電流閾值il_th_neg的情況下實現(xiàn)開關(guān)T4的打開。應(yīng)當(dāng)注意的是這些條件不足以打開開關(guān)T3和T4的條件。控制這些開關(guān)的細(xì)節(jié)在下文中給出。
[0100]電流閾值il_th_pos和il_th_neg的具體值依賴于系統(tǒng)4的從動模式，以及依賴于電容器Cl、C2、C3，還依賴于電感器LI和L2。以下對電流閾值il_th_pos和il_th_neg的確定進(jìn)行更加具體的描述。
[0101]參照圖3和4，控制裝置包括用于控制主單元6的第一模塊121和用于控制輔單元10的第二模塊122。
[0102]每個模塊121、122包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的與基本功能相關(guān)聯(lián)的獨立部件，這些基本功能是應(yīng)用以下控制原理所需的:運算放大器、比較器、邏輯AND (與)和OR (或)門、以及反相器和觸發(fā)器(flip-flop)。以下將對模塊121、122的細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。
[0103]可替換地，控制裝置12包括FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)型的可編程邏輯電路，其中兩個模塊121、122被分組。
[0104]控制裝置12被連接至電流傳感器13的輸出以及測量輸出電壓Vs的傳感器(未示出)的輸出。進(jìn)一步地，控制裝置被連接至開關(guān)Tl至T4。
[0105]電流傳感器13能夠向控制裝置12提供表示穿過與其關(guān)聯(lián)的單元的電流的信息片。
[0106]電流傳感器13分別位于開關(guān)Tl、T3和T4的一端。
[0107]進(jìn)一步地，另一電流傳感器13被布置在濾波電感器L2的一端，例如在電感器L2與輸出端子Si之間，并且允許測量電感器電流i2。
[0108]與開關(guān)T3和T4相關(guān)聯(lián)的傳感器更特別地允許測量輔開關(guān)電流h。
[0109]與開關(guān)Tl相關(guān)聯(lián)的電流傳感器13進(jìn)一步允許控制在開關(guān)Tl和T2中流動的電流強(qiáng)度的值，以避免損壞開關(guān)Tl、T2。
[0110]在針對具有設(shè)定值的峰值電感器電流i2來電流控制系統(tǒng)4的情況下，根據(jù)本發(fā)明的單元6、10和系統(tǒng)4的操作的控制原理現(xiàn)在將參照圖2至14進(jìn)行描述。
[0111]應(yīng)當(dāng)注意的是要滿足以下條件:
[0112]輸出電壓Vs小于系統(tǒng)4的輸入電壓Ve,以及
[0113]開關(guān)電感器LI的電感值與濾波電感器L2的電感值之間的比率小于或等于1/10。
[0114]圖3示出了控制裝置12的第一模塊121和控制相關(guān)的主單元6的原理。
[0115]第一模塊121包括從動塊30，該從動塊30與主單元6的傳統(tǒng)控制相關(guān)聯(lián)，其中電感器電流i2通過與載波信號相比較而被轉(zhuǎn)換為具有值O或I的信號a p。
[0116]信號Cip被直接提供給與開關(guān)Tl的控制相關(guān)的第一控制塊31，并經(jīng)由反相器(信號βρ)被提供給與開關(guān)Τ2的控制相關(guān)的塊32。
[0117]第一控制塊31包括邏輯AND門，該邏輯AND門與用于延遲高值狀態(tài)的設(shè)定的模塊并聯(lián)。二者均接收信號a 5并在輸出處連接至邏輯OR門。
[0118]邏輯AND門還接收來自比較器的信號，如果開關(guān)T2的端子上的電壓Vsw2大于接近于輸入電壓Ve的第一閾值Vsw2_th_h，則比較器的結(jié)果為1，否則為O。
[0119]更具體地，第一閾值Vsw2_th_h被選擇為大于或等于輸入電壓Ve的95%。第一閾值Vsw2_th_h的該值允許最小化開關(guān)Tl中的損耗。實際上，該值越接近輸入電壓Ve，則與開關(guān)Tl的開關(guān)動作相關(guān)的開關(guān)動作損耗就越低。
[0120]如果由邏輯OR門獲得的信號具有值1，第一控制塊31然后控制閉合開關(guān)Tl，并在相反的情況下控制打開開關(guān)Tl。
[0121]應(yīng)當(dāng)注意的是用于延遲高位狀態(tài)的設(shè)定的模塊被配置用于在由第一控制塊31接收到的信號(本實例中的信號α ρ)具有值I 一預(yù)定等待時間的情況下傳遞具有值I的信號。
[0122]這產(chǎn)生了以下效果:在電壓Vsw2未超過第一閾值的情況下，在預(yù)定時間之后仍獲得了開關(guān)Tl的閉合，這可能短暫地出現(xiàn)，例如在開啟系統(tǒng)4的時候。
[0123]第一模塊121還包括與開關(guān)T2的控制相關(guān)的第二控制塊32。
[0124]塊32的單元和操作類似于第一控制塊31，區(qū)別在于:塊32根據(jù)與信號αρ互補(bǔ)的信號β P進(jìn)行操作，并且來自第二控制塊32的比較器的信號在電壓Vsw2小于接近O的第二閾值Vsw2_th_l時具有值I。更具體地，第二閾值Vsw2_th_l被選擇為小于或等于輸入電壓Ve的5%。在開關(guān)T2的開關(guān)動作期間，該值具有最小化開關(guān)損耗的效果。實際上，該值越接近零，與開關(guān)T2的開關(guān)動作相關(guān)的開關(guān)動作損耗就越低。
[0125]在已知的方式中，信號αρ的值循環(huán)變化，每個循環(huán)承載斷路周期(cutoutperiod)之名。斷路周期被劃分成導(dǎo)電階段和滑行(free-wheel)階段。在導(dǎo)電階段期間，信號％具有值I且電感器電流i2增加。在滑行階段期間，信號％具有值O且電感器電流i2減小。
[0126]在導(dǎo)電階段期間如果電壓Vsw2大于第一閾值Vsw2_th_h則開關(guān)Tl閉合。在導(dǎo)電階段的結(jié)束處，即在信號α ρ再次變成O的時候，控制裝置12打開開關(guān)Tl。
[0127]相反，在滑行階段期間如果電壓Vsw2小于第二閾值Vsw2_th_l，開關(guān)T2例如為閉合。控制裝置12然后在滑行階段的結(jié)束處打開開關(guān)T2。
[0128]用于控制相關(guān)聯(lián)的主單元6的第一模塊121和原理給出了以下可能性:依賴于設(shè)定值確保能夠經(jīng)由從動塊30來實現(xiàn)系統(tǒng)4的電流控制或電壓控制，以及在開關(guān)T1、T2的端子上的電壓接近零或甚至為零的時候經(jīng)由控制塊31和32執(zhí)行開關(guān)Τ1、Τ2的閉合。開關(guān)Tl和Τ2的打開接著由控制裝置12依賴斷路周期進(jìn)行控制。
[0129]無論系統(tǒng)的從動模式是怎樣的，控制裝置12的操作原理是相同的，從動模式之間的唯一不同點在于接著適應(yīng)于相關(guān)模式的從動塊30。
[0130]圖4示出了控制相關(guān)聯(lián)的輔單元10的第二模塊122和原理。
[0131]第二模塊122包括四個控制塊41、42、43、44，分別是下文的第三、第四、第五、第六控制塊。
[0132]第三控制塊41與開關(guān)Τ3相關(guān)聯(lián)并且包括比較器，該比較器在輔開關(guān)電流I1小于第二電流閾值il_th_neg的時候傳遞信號值I至邏輯AND門，否則傳遞信號值O。AND門還在輸入接收第一控制塊31的輸出，并在輸出傳遞其信號至觸發(fā)器BI，其中第三控制塊41包括該觸發(fā)器BI。
[0133]第五控制塊43與開關(guān)T4相關(guān)聯(lián)并包括與第三控制塊41相同的元件，不同點在于:在輔開關(guān)電流I1大于第一電流閾值il_th_pos時其邏輯AND門傳遞具有值I的信號并且開關(guān)T2閉合。第五控制塊43的AND門將其信號傳遞至觸發(fā)器B2且還傳遞至第三控制塊41的觸發(fā)器BI，第五控制塊43包括該觸發(fā)器B2，以及第三控制塊41的邏輯AND門還將其信號傳遞至第五控制塊43的觸發(fā)器B2。
[0134]由觸發(fā)器BI傳遞的信號(對應(yīng)于第三控制塊41的輸出信號)在第三控制塊41的邏輯AND門的輸出轉(zhuǎn)換為I時轉(zhuǎn)換為1，以及只要第五塊43的邏輯AND門的信號的值保持為零就保持為值I。在第五控制塊43的邏輯AND門的信號轉(zhuǎn)換為I時，觸發(fā)器BI的輸出信號的值轉(zhuǎn)換為零并且只要第三控制塊41的邏輯AND門的輸出具有值O則保持在該值上。
[0135]相反，由觸發(fā)器B2傳遞的信號(對應(yīng)于第四控制塊43的輸出信號)在第五控制塊43的邏輯AND門的輸出轉(zhuǎn)換為I時轉(zhuǎn)換為1，以及只要第三控制塊41的邏輯AND門輸出具有值O就保持在該值。在第三控制塊41的邏輯AND門的輸出轉(zhuǎn)換為I時，觸發(fā)器B2的信號轉(zhuǎn)換為零。
[0136]由第三控制塊41和第五控制塊43傳遞的信號(分別為信號aeal。、β calc)被分別提供給第四控制塊42、第六控制塊44，第四控制塊42、第六控制塊44分別與開關(guān)T3、開關(guān)T4的控制相關(guān)聯(lián)。
[0137]第四控制塊42和第六控制塊44具有與第一控制塊31和第二控制塊32接近的操作。
[0138]更具體地,在信號a eal。具有值I且電壓Vswl大于接近輸入電壓Ve的第一次級閾值Vswl_th_h的時候，或者如果信號a 。在預(yù)定時段期間具有值I而電壓Vswl保持小于第一次級閾值電壓Vswl_th_h，則第四控制塊42控制開關(guān)T3的閉合。
[0139]第一次級閾值Vswl_th_h大于或等于輸入電壓Ve的值的95%，這如之前所述的會使得最小化開關(guān)T3處的開關(guān)損耗。
[0140]在信號β calc具有值I且電壓Vswl小于接近零的第二次級閾值電壓Vswl_th_l的時候，或者在信號β 。具有值I 一預(yù)定時間而電壓Vswl保持大于第二次級閾值電壓Vswl_th_l的時候，第六控制塊44控制開關(guān)T4的閉合。
[0141]第二次級閾值電壓Vswl_th_l小于或等于輸入電壓Ve的值的5%，這如之前描述的那樣使得最小化開關(guān)T4處的開關(guān)損耗。
`[0142]總結(jié)一下，控制裝置12控制開關(guān)T3的閉合，如果:
[0143].開關(guān)Tl閉合且輔開關(guān)電流I1小于第二電流閾值il_th_neg，以及
[0144].電壓Vswl大于第一次級閾值Vswl_th_h,否則開關(guān)Tl閉合且輔開關(guān)電流h小于第二電流閾值il_th_neg —預(yù)定時間。
[0145]開關(guān)T3由控制裝置12控制打開，只要:
[0146]?開關(guān)T2閉合，以及
[0147].輔開關(guān)電流I1大于第一電流閾值il_th_pos。
[0148]并且，控制裝置12控制開關(guān)T4的閉合，如果:
[0149].開關(guān)T2閉合且輔開關(guān)電流I1大于第一電流閾值il_th_pos，以及
[0150].電壓Vswl小于第二次級閾值Vswl_th_l，否則開關(guān)T2閉合且輔開關(guān)電流I1大于第一電流閾值il_th_pos —預(yù)定時間。
[0151]開關(guān)T4由控制裝置12控制打開，只要:
[0152]?開關(guān)Tl閉合，以及
[0153].輔開關(guān)電流I1小于第二電流閾值il_th_neg。
[0154]控制輔單元10的原理給出了以下可能性:在開關(guān)T3、T4的端子上的電壓被最小化的時候，實現(xiàn)開關(guān)T3、T4的閉合，這允許減少在開關(guān)Τ3和Τ4處的開關(guān)操作損耗。進(jìn)一步地，因為開關(guān)Τ3和Τ4的控制依賴于Tl和Τ2的狀態(tài)，已經(jīng)在開關(guān)Tl和Τ2處減少的開關(guān)操作損耗沒有被傳遞至開關(guān)Τ3和Τ4。[0155]現(xiàn)在將參照圖5和6至14針對電感器電流i2的平均正值更加具體地對系統(tǒng)4的操作進(jìn)行描述。
[0156]在系統(tǒng)4的操作期間，電功率傳遞一方面出現(xiàn)在無源元件Cl與LI之間，另一方面出現(xiàn)在C2與L2之間。
[0157]控制該原理的等式如下:
[0158]
【權(quán)利要求】
1.一種計劃在輸入連接至電功率源及在輸出連接至負(fù)載的電力電源系統(tǒng)，該電力電源系統(tǒng)包括: 主開關(guān)單元(6)，該主開關(guān)單元(6)包括第一主分支(14)和第二主分支(16)，所述第一主分支(14)和所述第二主分支(16)各自包括主開關(guān)(T1、T2)，所述主開關(guān)(T1、T2)在打開狀態(tài)和閉合狀態(tài)之間是可控的，以及 輔開關(guān)單元(10)，該輔開關(guān)單元(10)連接至所述主開關(guān)單元(6)并包括第一次級分支(20 )和第二次級分支(22 )及連接分支(24 )，一方面，所述第一次級分支(20 )和所述第二次級分支(22)各自包括次級開關(guān)(Τ3、Τ4)，所述次級開關(guān)(Τ3、Τ4)在打開狀態(tài)和閉合狀態(tài)之間是可控的，以及另一方面，所述連接分支(24)用于將所述輔開關(guān)單元(10)連接至所述主開關(guān)單元(6)，所述連接分支(24)包括開關(guān)電感器(LI)， 所述主開關(guān)單元(6)和所述輔開關(guān)單元(10)相互級聯(lián)連接， 其特征在于，所述輔開關(guān)單元(10)進(jìn)一步包括至少兩個開關(guān)電容器(Cl、C2)，一個所述開關(guān)電容器(Cl)與所述次級開關(guān)(Τ3、Τ4)中的一者并聯(lián)，以及另一所述開關(guān)電容器(C2)與所述主開關(guān)(Tl、Τ2)中的一者并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括兩個輸入端子(Ε1、Ε2)、兩個輸出端子(S1、S2)、連接在所述輸出端子(S1、S2)之間的輸出濾波器(8)和電感器(L2)，該電感器(L2)被包括在所述輸出濾波器(8)中或者連接至所述輸入端子(E1、E2)中的一者和所述主開關(guān)單元(6)，電感器電流(i2)能夠流過所述電感器(L2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)能夠接收輸入電壓(Ve)并能夠在輸出提供輸出電壓(Vs)，所述電源系統(tǒng)(4)進(jìn)一步包括控制裝置(12)，該控制裝置(12)能夠控制所述主開關(guān)(Tl、T2)和所述次級主開關(guān)(T3、T4)的打開和閉合，以用于根據(jù)所述輸入電壓(Ve)或根據(jù)所述輸出電壓(Vs)來電壓控制所述電源系統(tǒng)，或者根據(jù)所述電感器電流(i2)來電流控制所述電源系統(tǒng)。`
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置(12)被配置用于控制相互關(guān)聯(lián)的具有相反相位的所述主開關(guān)(Tl、T2)，所述主開關(guān)(Tl、T2)還依賴于所述主開關(guān)單元的第二主分支的主開關(guān)的端子上的電壓(Vsw2)而由所述控制裝置(12)控制打開或閉口 ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置(12)被配置用于: 只要所述第二分支的主開關(guān)的端子上的電壓(Vsw2)大于第一閾值(Vsw2_th_h)，就控制閉合所述主開關(guān)單元(6)的第一主分支(14)的主開關(guān)(Tl)，以及 只要所述主開關(guān)單元的第二分支上的主開關(guān)的端子上的電壓(Vsw2)小于第二閾值(Vsw2_th_l)，就控制閉合所述主開關(guān)單元(6)的第二主分支(16)的主開關(guān)(T2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置(12)被配置成根據(jù)以下項來控制相互具有相反相位的所述次級開關(guān)(T3、T4):穿過所述開關(guān)電感器(LI)的輔開關(guān)電流(^、所述主開關(guān)(T1、T2)的狀態(tài)以及所述輔開關(guān)單元的第二次級分支的次級開關(guān)的端子上的電壓(Vswl)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置(12)被配置用于控制閉合所述輔開關(guān)單元(10)的第一次級分支(20)的次級開關(guān)(T3): 如果所述主開關(guān)單元(6)的第一主分支(14)的主開關(guān)(Tl)被閉合且所述輔開關(guān)電流(I1)小于為負(fù)值的第二電流閾值(ll_th_neg)，以及 如果所述輔開關(guān)單元的第二次級分支(22)的次級開關(guān)(T4)的端子上的電壓(Vswl)大于第一次級閾值(Vswl_th_h)，或者所述主開關(guān)單元(6)的第一主分支(14)的主開關(guān)(Tl)被閉合并且所述輔開關(guān)電流G1)小于所述第二閾值電流(ll_th_neg)達(dá)到預(yù)定時間， 以及如果所述主開關(guān)單元(6)的第二主分支(16)的主開關(guān)(T2)閉合且所述輔開關(guān)電流G1)大于為正值的第一電流閾值(ll_th_p0S)，則用于控制打開所述輔開關(guān)單元(10)的第一次級分支(20)的次級開關(guān)(T3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置(12)被配置用于控制閉合所述輔開關(guān)單元的第二次級分支(22)的次級開關(guān)(T4): 如果所述主開關(guān)單元的第二主分支(16)的主開關(guān)(T2)被閉合且所述輔開關(guān)電流(I1)大于所述第一電流閾值(ll_th_p0S)，以及 如果所述輔開關(guān)單元的第二次級分支的次級開關(guān)的端子上的電壓(Vswl)小于第二次級閾值(Vswl_th_l )，或者所述主開關(guān)單元的第二主分支(16)的主開關(guān)(T2)被閉合并且所述輔開關(guān)電流(I1)大于所述第一電流閾值(ll_th_p0S)達(dá)到預(yù)定時間， 以及如果所述主開關(guān)單元(6)的第一主分支(14)的主開關(guān)打開且所述輔開關(guān)電流Ci1)小于所述第二電流閾值(ll_th_neg)，則用于控制打開所述輔開關(guān)單元的第二次級分支(22)的次級開關(guān)(T4)。
9.根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輔開關(guān)單元(10)僅包括兩個開關(guān)電容器(Cl、C2)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輔開關(guān)單元(10)包括四個開關(guān)電容器(C1、C2)，這四個開關(guān)電容器(C1、C2)分別與所述主開關(guān)(T1、T2)或次級開關(guān)(Τ3、Τ4)之一并聯(lián)，每個開關(guān)(Tl、Τ2、Τ3、Τ4)與單個開關(guān)電容器相關(guān)聯(lián)。
11.根據(jù)權(quán)利要求3至10中任一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接至所述控制裝置(12)的至少三個電流傳感器(13)，所述電流傳感器(13)中的兩個電流傳感器分別位于所述次級分支(20、22)中的一個分支和另一個分支上以及第三個電流傳感器(13)位于所述主開關(guān)單元(6)的第一主分支(14)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出濾波器(8)包括輸出電容器(Cs )和所述電感器(L2 )，所述主開關(guān)單元(6 )連接在所述輔開關(guān)單元(10 )與所述輸出濾波器(8)之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主開關(guān)單元(6)和所述輸出濾波器(8)形成電壓升壓轉(zhuǎn)換器。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括兩個串聯(lián)安裝在所述電源系統(tǒng)(4)的輸入的電容器(Cel、Ce2)，所述輸出濾波器(8)進(jìn)一步連接至這些電容器(Ce 1、Ce2 )，所述主開關(guān)單元(6 )和所述輸出濾波器(8 )形成半橋反相器電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括相互級聯(lián)連接的次級輔開關(guān)單元(10’)和次級主開關(guān)單元(6’)，所述次級輔開關(guān)單元(10’)和次級主開關(guān)單元(6’)分別與所述輔開關(guān)單元(10)和所述主開關(guān)單元(6)相同，所述輸出濾波器(8)、所述主開關(guān)單元(6)和所述次級主開關(guān)單元(6’ )形成全橋反相器電路。
16.根據(jù)權(quán)利要求2至11中 任一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主開關(guān)單元(6)在輸入連接至所述電感器(L2)以及在輸出連接至所述輔開關(guān)單元(10)，所述電感器(L2)和所述主開關(guān)單元(10)形成電壓升壓轉(zhuǎn)換器。
17.一種航空器，其特征在于，該航空器包括至少一個根據(jù)以上任一項權(quán)利要求所述的電力電源 系統(tǒng)(4)。
【文檔編號】H02M3/335GK103887979SQ201310717927
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】V·拉戈爾斯, C·托朗, F·克萊因 申請人:泰利斯公司