具有自動故障清除的同步整流pwm調整器的製作方法
2023-05-02 04:04:56 2
專利名稱：具有自動故障清除的同步整流pwm調整器的製作方法
具有自動故障清除的同步整流PWM調整器技術領域
本公開的實施方式總體上涉及電壓和電流調整系統。更具體地，本公開的實施方式涉及可以具有用於電力電源和負載的應用的電壓和電流調整系統，其可以包括太空飛行器太陽能板或者以串聯、並聯和其它排布形式耦合的其它類型電源。
背景技術：
諸如太陽能陣列的很多類型的電力電源可以包括以串聯、並聯或者其它適當配置形式耦合的單個或多個元件。電源可以耦合到負載，例如但不限於電力總線、電池等。電源還可以耦合到功率調整器，由此可將電流引向負載或者通過例如但不限於短接電路並使電流返回電源來將電流從負載移開。在諸如封閉電力系統(例如但不限於太空飛行器、輪船等) 的一些電力系統中，以此方式控制電流可能要求維持電力總線的電壓調整。例如但非限制地，在包括經調整的電力總線的封閉電力系統中，可以提供電流以滿足負載的電力需求，並且可能不使用來自負載的過量電流。控制電路可以被用於將電流從電源組的一部分電源中移開以匹配滿足負載需要的功率輸出。用於調整電力總線和電源的電壓調整和控制電路可能在短路模式下發生故障。發明內容
本發明公開一種容錯同步整流器PWM調整器系統和方法。在該系統和方法中，強制換向同步整流器可操作以耦合到電力總線，並且低側開關可操作以耦合到公共接地端。 另外，第一熔斷器耦合到強制換向同步整流器和低側開關，並且可操作以響應於第一故障而斷開。此外，電感器耦合到第一熔斷器、強制換向同步整流器和低側開關，並且第二熔斷器耦合到電感器並且可操作以耦合到電流源且響應於第二故障而斷開。
通過使用強制換向同步整流器以及熔斷器的組合，本公開的實施例在顯著降低功率消耗的情況下使用自動容錯系統自動清除故障。較低的功率消耗顯著地減小上述功率級器件的重量，由此減小例如但不限於太空飛行器重量等。減小重量還轉換為節省空間和成本，這對於很多類型的電源和負載交互裝置都是有用的。
在一個實施例中，一種容錯同步整流器PWM調整系統包括可操作以耦合到電力總線的強制換向同步整流器，以及可操作以耦合到公共接地端的低側開關。該系統還包括第一熔斷器以及電感器，該第一熔斷器耦合到強制換向同步整流器和低側開關並且可操作以響應於第一故障而斷開，該電感器耦合到第一熔斷器、強制換向同步整流器和低側開關。該系統還包括第二熔斷器，該第二熔斷器耦合到電感器並且可操作以耦合到電流源並可操作以響應於第二故障而斷開。
在另一個實施例中，一種自動容錯同步整流PWM調整方法使用耦合到旁路整流器並且可操作以耦合到電力總線的強制換向同步整流器、耦合到強制換向同步整流器的電感器以及耦合到公共接地端的低側開關將來自電流源的電流同步整流成用於電力總線的電流。該方法還提供耦合到強制換向同步整流器和低側開關的第一熔斷器，並且提供耦合到4旁路整流器和電感器的第二熔斷器。
另一個實施例包括一種操作容錯同步整流PWM調整器系統的方法。該方法使用耦合到電力總線的強制換向同步整流器、耦合到強制換向同步整流器和電流源的旁路整流器、耦合到強制換向同步整流器和輸入電容器的電感器以及耦合到公共接地端的低側開關將來自電流源的電流同步整流成用於耦合到輸入電容器的電力總線的電流。
該方法還在強制換向同步整流器中出現故障的情況下使耦合到強制換向同步整流器和低側開關的第一熔斷器斷開，並且在低側開關中出現故障的情況下使第一熔斷器斷開。該方法還在電流源中出現故障的情況下使耦合到電感器和電流源的第二熔斷器斷開， 並且在旁路整流器中出現故障的情況下使第二熔斷器斷開。該方法還在輸入電容器中出現故障的情況下使耦合到輸入電容器和公共接地端的第三熔斷器斷開，並且在輸出電容器中出現故障的情況下使耦合到輸出電容器和公共接地端的第四熔斷器斷開。
提供該發明內容從而以簡化形式描述概念的選擇，這些概念在下面具體實施方式
中進一步描述。該發明內容不意圖確認要求保護的主題的關鍵特徵或基本特徵，也不意圖被用於幫助確定要求保護的主題的範圍。
本公開的實施例的更完整理解可以通過在連同附圖考慮時參考具體實施方式
和權利要求獲得，其中在所有附圖中相似的參考數字指代相似的元件。提供附圖以便於理解本公開而不限制本公開的寬度、範疇、規模或適用性。附圖不必要按比例繪製。
圖I是根據本公開實施例的示例性強制換向同步整流器的圖示。
圖2是根據本公開實施例的示例性容錯同步整流器PWM調整器系統的圖示。
圖3是根據本公開實施例顯示自動容錯同步整流PWM調整方法的示例性流程圖的圖示。
圖4是根據本公開實施例顯示操作容錯同步整流PWM調整器系統的方法的示例性流程圖的圖不。
具體實施方式
下面具體實施方式
實質上是示例性的，並且不意圖限制本公開或本申請或本公開實施例的用途。具體器件、技術和應用的描述僅提供作為示例。在此描述的示例的修改對本領域技術人員來說是顯而易見的，並且在此定義的一般原理可以應用於其它示例和應用而不背離本公開的思想和範疇。此外，沒有通過在前面技術領域、背景技術、發明內容或後面具體實施方式
中存在的任何明示或暗示的理論進行限制的意圖。本公開符合權利要求構成的範疇，並且不限於在此描述並示出的示例。
本公開的實施例可以通過功能塊和/或邏輯塊組件和各種處理步驟的形式進行描述。應認識到這樣的塊組件可以通過經配置執行具體功能的任何數量的硬體、軟體和/ 或固件組件實現。為了簡潔起見，涉及電路設計的常規技術和組件與系統(以及系統的各操作組件)的其它功能方面可能不在此詳細描述。另外，本領域技術人員應認識到本公開的實施例可以連同各種計算硬體和軟體一起實行，而且在此描述的實施例僅是本公開的示例性實施例。
本公開的實施例在實際非限制應用即在衛星或太空飛行器上的電壓轉換的背景下描述。然而，本公開的實施例不限於這樣的衛星或太空飛行器應用，並且在此描述的技術也可以用於其它應用。例如但非限制地，這些實施例可以應用於飛機、船舶、汽車、建築物、火車、來自反應堆的超加熱熱耦合、各種電壓轉換應用和電路等。
這些實施例適用於基本所有類型的串行/並行電力發生源(電源)，以及具有可以交換能量的電源和負載的基本所有類型的交通工具。這些負載可以包括例如但不限於電池、電力總線、各種負載、家用電器、電機、加熱器、電力分配系統等。電源可以包括例如但不限於衛星電源、太空飛行器電源、飛機電源、船舶發電機、火車電源、太陽能和引擎供電長持續時間飛機和太空飛行器(有人和無人)電源等。另外，本公開的實施例可應用於例如但不限於太陽能、風力和海水波浪能量產生場/電源、發電機陣列等。
本領域技術人員在閱讀本描述之後將明白，以下是本公開的示例和實施例，並且不限於根據這些示例進行操作。可以利用其它實施例，並且可以做出結構改變而不背離本公開的示例性實施例的範疇。
在各種應用中，電源(例如太空飛行器太陽能板或者其它電源)通過電壓調整器耦合到其它裝置(例如電力總線或者其它負載)。本公開的實施例包括同步整流器PWM調整器系統，其包括強制換向同步整流器以及熔斷器的組合，其形成容錯系統。在容錯系統中，如果部件短路，則一個或更多個熔斷器斷開並且電源保持耦合到其它裝置。同步整流器PWM 調整器系統可操作以用作同步整流器升壓轉換器。
圖I是根據本公開實施例的示例性強制換向同步整流器100 (系統100)的圖示。 圖I示出雙向轉換器，其中根據電源開關(未示出)的佔空比，電流可從第一總線102(輸入端102)(例如從電池)流到第二總線104(輸出端104)(例如到衛星或者太空飛行器的100V 總線)或者從第二總線104流到第一總線102。由於很小的佔空比變化可將電流方向從對第一總線102放電改變為對第一總線102充電，所以期望測量耦合到強制換向同步整流器 100的電感器的電感電流，從而可添加反饋環以允許對電流的大小和方向兩者進行精細控制。
強制換向同步整流器100包含開關組件，例如電耦合到強制換向電路140的場效應電晶體(FET) 122。FET 122包含源極端112、柵極端114、漏極端116和本徵體二極體118。 例如但非限制地，圖I中示出的FET 122包含n型FET，其中本徵體二極體118的陽極連接到源極端112，並且本徵體二極體118的陰極連接到漏極端116。
儘管圖I所示的實施例利用n型FET作為示例，但FET 122可包括任何開關組件， 例如但不限於n型FET、p型FET或開關等，其包含可具有相關反向恢復時間的本徵體二極體。在FET 122是p型FET的實施例中，本徵體二極體118的方向可反向，以使本徵體二極體118的陰極連接到p型FET的源極端，並且本徵體二極體118的陽極連接到p型FET的漏極端。
通常，在使用大於與接通FET Q關聯的閾值電壓的電壓供應柵極端114時，n型FET 允許電流在源極端112和漏極端116之間流動。在供應到柵極端114的電壓降低到低於閾值電壓或完全去除時，FET122被斷開，並且在源極端112和漏極端116之間流動的電流停止流動。如果在FET 122斷開時電流從源極端112流動到漏極端116，那麼由於電流在本徵體二極體118的正偏方向上流動，因此FET 122的本徵體二極體118需要一段時間恢復。這被稱為反向恢復時間。
然而，如果在FET 122斷開時電流從漏極端116流動到源極端112，那麼由於電流已經在本徵體二極體118的反偏方向上流動，因此不需要反向恢復時間。使用上述概念，可通過在與FET 122關聯的斷開事件期間將電流強制換向為從二極體的陰極端到二極體的陽極端來消除二極體的反向恢復時間。
FET 122的柵極端114被電耦合到控制FET 122的轉換/開關的驅動電壓源110。 在驅動電壓源110向柵極端114提供比閾值電壓更大的電壓時，FET 122接通。在FET 122 的柵極端114沒有電壓時，FET 122斷開。電流經配置以通過輸入端102流入FET 122的源極端112，同時流出FET 122的電流向輸出端104流動。
如上所述，FET 122被電耦合到強制換向電路140。強制換向電路140包含脈衝電流源120 (選擇性控制的強制換向電流源)和換向二極體108。脈衝電流源120可被配置以生成換向電流，該換向電流被配置為大於通過輸入端102進入的電流。在一個實施例中，換向電流是由強制換向同步整流器100供應非常短時間段的脈衝電流。脈衝電流源120在端子106處被電耦合到換向二極體108的陽極端。
換向二極體108包含在端子106處被電耦合到脈衝電流源120的陽極端(未示出)。換向二極體108還包含在節點124處被電耦合到FET 122的漏極端116和輸出端104 的陰極端(未示出)。以此方式，換向二極體108與FET 122並聯。換向二極體108應以換向二極體108的陰極端連接到本徵體二極體118的陰極端的方式布置。
強制換向同步整流器100可在四個階段中操作。在第一階段中，FET 122斷開，並且脈衝電流源120斷開，以使脈衝電流源120不供應換向電流。在該階段中，輸入電流在輸入端102處進入強制換向同步整流器100，流過換向二極體108，並在輸出端104處輸出強制換向同步整流器100。
在第二階段中，FET 122接通，並且脈衝電流源120保持斷開。在該階段中，輸入電流在輸入端102處進入，並從源極端112流過FET 122到達漏極端116，並通過輸出端104 流出。由於FET 122兩端的電壓降小於換向二極體108的正向電壓，因此電流不再流過換向二極體108。
在第三階段中，在FET 122接通時，脈衝電流源120也接通。在該階段中，輸入電流在輸入端102處進入強制換向同步整流器100，並流過脈衝電流源120和換向二極體108。 另外，脈衝電流源120供應流過換向二極體108和FET 122的換向電流。在節點124處，輸入電流流到輸出端104，同時換向電流從漏極端116經過FET 122到達源極端112。
在第四階段中，FET 122斷開，同時換向電流從漏極端116流過FET 122到達源極端112。在該階段中，換向電流停止流動，並且輸入電流流過換向二極體108並在輸出端104 輸出。為消除與FET 122的本徵體二極體118關聯的反向恢復時間，FET 122應該在電流從漏極端116流過FET 122到達源極端112(與本徵體二極體118的方向相反)時斷開。通過遵照由四個階段敘述的事件順序，FET 122在換向電流從漏極端116流過FET 122到達源極端112時斷開。因此，與FET 122關聯的反向恢復時間被消除。
上述強制換向同步整流器100可用作各種應用的構件塊。特別地，利用包含本徵體二極體的開關組件的開關應用可通過利用上述強制換向同步整流器100更有效地執行任務。另外，開關調節器如降壓轉換器、升壓轉換器和降壓-升壓轉換器也可利用上述強制換向同步整流器100。
常規開關調節器在主FET的斷開時間期間可使用整流器來提供電感器電流的電流通路。通過現代的改善，由於FET開關的反向恢復時間變得很小並由此具有非常小的能量消耗，因此用FET取代整流器變得可行。然而，在高電壓應用中，反向恢復時間相對較大， 導致顯著的功率消耗和對FET的開關頻率的限制。
高電壓應用可以包括例如但不限於上述示例性衛星總線，陸基和海基的商用和軍用飛機，太陽能、風力和海洋電源等。高電壓應用還可以包括例如但不限於包括太陽能和引擎電源饋電的電池和其它高壓總線的長持續時間無人空間交通工具(UAV)，諸如空間雷達、 通信系統等。另外，高電壓應用可以包括(有人和無人的)飛機，例如但不限於可重複使用和單次任務的交通工具等。
為消除在諸如升壓轉換器的高電壓開關調節器應用中用作整流器的FET的本徵體二極體的反向恢復時間，可以用圖I中描述的強制換向同步整流器100替換常規的整流器或者同步開關FET。在涉及開關的整流應用中，可以使用貫穿上述四個階段的整流循環。 這些循環可稱為整流器開關循環。第四個階段在整流器開關循環的斷開邊緣發生。在高電壓整流器應用中，施加到開關例如FET的電壓可以大於60V。
圖2是根據本公開實施例的示例性容錯同步整流PWM調整器系統200 (系統200) 的圖示。系統200可以包括如上所述的強制換向同步整流器SI (高側開關)、耦合到低側熔斷器Fl的低側開關Q1、輸出電容器Cl、輸入電容器C2、熔斷器F2、電感器LI、旁路整流器 CR1、熔斷器F3、熔斷器F4、電流源Isp、電力總線202和公共接地端204。系統200可操作以用作同步整流升壓轉換器。通過使用強制換向同步整流器SI以及熔斷器F1-F4的組合， 系統200提供具有非常低的功率耗散的容錯系統，這進而降低系統200的重量並由此降低太空飛行器的重量，如以下更詳細描述的。
如圖2所示，熔斷器F1、F2、F3和F4分別串聯耦合到低側開關Q1、電流源Isp、輸入電容器C2和輸出電容器Cl。結果，如果系統100的任意部件具有故障(例如短路)，則熔斷器F1-F4中的一個或更多個斷開，並且電流源Isp保持通過旁路整流器CRl經由電力總線202連接到例如負載206。以此方式，系統200提供容錯系統。故障可以包括例如但不限於短路、過載電流、常閉型故障(stuck-closed fault)等。在本文中，短路和故障可以互換地使用。負載206可以包括例如但不限於電力總線、家用電器、電機、電池、加熱器、電力分配系統等。
低側熔斷器Fl串聯耦合到低側開關Q1，並且可操作以在強制換向同步整流器SI 短路的情況下斷開。以此方式，電流源Isp將保持通過旁路整流器CRl和強制換向同步整流器SI連接到電力總線202。低側熔斷器Fl還可操作以在Ql短路的情況下斷開。以此方式，電流源Isp將保持連接到電力總線202。
熔斷器F2串聯耦合到電流源Isp，並且可操作以在旁路熔斷器CRl短路的情況下斷開。如果旁路整流器CRl短路，則高電流將在電感器LI、旁路整流器CRl和強制換向同步整流器SI的路徑中流通直到熔斷器F2斷開。以此方式，電流源Isp將保持連接到電力總線202。熔斷器F2也可操作以在電流源Isp短接到公共接地端204的情況下斷開。在此情況下，電流源Isp不再提供電力給電力總線202。
強制換向同步整流器SI耦合到熔斷器F1、旁路整流器CR1、輸出電容器Cl、電感器LI和電力總線202。強制換向同步整流器SI (高側開關)包括FET Q2並且可操作以將來自電流源Isp的直流電流轉換為電力總線202上的電壓調整交流電流。一般地，高側開關(耦合到總線)是整流器。然而，在圖I所示的實施例中，強制換向同步整流器SI被用作高側開關，從而功率消耗明顯降低。
同步整流降低了電力裝置中的功率消耗。較低的功率消耗降低了電力裝置的重量，因為需要更少的散熱片材料並且可更緊密地封裝部件。以此方式，可降低例如但不限於太空飛行器等的交通工具的重量，因為需要更少的熱管理硬體。同步整流還改進在更寬範圍的電源(例如電流源Isp)變化和總線電流上的控制環穩定性，因為升壓轉換器不必在傳遞函數急劇變化的斷續傳導模式中工作。
輸出電容器Cl串聯耦合到熔斷器F4和電力總線202，並且可操作以從電流源Isp 接收電荷。
輸入電容器C2串聯耦合到熔斷器F3，並且可操作以便為電感器LI提供交流接地。
電感器LI耦合到低側熔斷器F1、熔斷器F2、輸入電容器C2和強制換向同步整流器SI，並且可操作以便為系統200的升壓轉換器提供能量存儲。在現有方案中，如果低側開關Ql將電流源Isp永久連接到公共接地端，則電力丟失。然而，與現有方案不同，在圖I所示的實施例中，如果低側開關Ql將電流源Isp連接到公共接地端204，則強制換向同步整流器SI接通，低側熔斷器Fl斷開並且去除對公共接地端204的短路，使得電流源Isp保持連接(或者耦合)到電力總線202。
旁路整流器CRl耦合到強制換向同步整流器SI、熔斷器F2、電流源Isp和電力總線202，並且可操作以在F2斷開的情況下將電流旁通到電力總線202。
電流源Isp可以包括電源，例如但不限於太陽能陣列(例如用作衛星或者太空飛行器總線的電源)、電池等。如上所述，系統200還可以調整其它類型的電源，例如但不限於其它衛星和航天航空器電源、船舶發電機、火車電源、太陽能和引擎供電的長持續時間飛機和太空飛行器(有人或者無人)電源等。
電力總線202可操作以分配電流，並且可以是例如但不限於太空飛行器電力總線、衛星電力總線、船舶電力總線、汽車電力總線、電網電力總線等。
系統200可操作用作同步升壓轉換器，其中低側熔斷器Fl耦合到低側開關Q1，並且低側熔斷器Fl和熔斷器F2處於通過電感器LI的升壓電感器路徑中。以此方式，當任何功率級裝置例如強制換向同步整流器SI、低側開關Q1、輸出電容器Cl、輸入電容器C2、旁路整流器CRl和電流源Isp在短路/故障模式中失效時，系統200自動清除故障。
在一個實施例中，電容器熔斷器F3和F4可以包括例如但不限於串聯冗餘電容器。
系統200可實現最高可能效率，這是因為升壓電路路徑包括一個FET (例如Ql或 Q2)，其具有比二極體一般具有的電壓降更低的電壓降。
由於功率級被同步整流，電感器LI的電流可在連續模式下操作，並因此控制環傳遞函數將在負載電流1_和電流源Isp的電壓的整個操作範圍上更統一。這允許系統200 適應較低的感應係數值，進而轉化為更小的重量。
圖3是根據本公開實施例示出自動容錯同步整流PWM調整方法300 (方法300)的示例性流程圖的圖示。結合方法300 —起執行的各種任務可以通過軟體、硬體、固件或其任何組合機械地執行。應理解方法300可以包括任意數量的附加或替代任務，圖3所示的任務不需要按照圖示順序執行，並且方法300可以被合併到具有未在此詳細描述的額外功能的更複雜程序或方法中。
為了圖示說明的目的，方法300的以下描述可能涉及在上面結合圖I和圖2提到的元件。在實際實施方式中，方法300的一些部分可以通過系統100-200的不同元件執行， 例如強制換向同步整流器SI (高側開關)、低側開關Q1、輸出電容器Cl、輸入電容器C2、低側熔斷器F1、熔斷器F2、電感器LI、旁路整流器CR1、熔斷器F3、熔斷器F4、電流源Isp和電力總線202等。方法300可以具有與圖I-圖2所示的實施例類似的功能、材料和結構。因此在這裡可以不多餘地描述共同的特徵、功能和元件。
方法300可以開始於使用耦合到旁路整流器CRl並且可操作以耦合到電力總線 202的強制換向同步整流器SI、耦合到強制換向同步整流器SI的電感器LI以及耦合到公共接地端204的低側開關Ql將來自電流源Isp的電流同步整流成用於電力總線202的電流(任務302)。
方法300可以繼續進行以下步驟提供耦合到強制換向同步整流器SI和低側開關 Ql的第一熔斷器Fl (任務304)。
方法300可以繼續進行以下步驟提供耦合到旁路整流器CRl和電感器LI的第二熔斷器F2 (任務306)。
圖4是根據本公開實施例示出操作自動容錯同步整流PWM調整器系統200的方法 400的示例性流程圖的圖示。結合方法400 —起執行的各種任務可以通過軟體、硬體、固件或其任何組合機械地執行。應理解方法400可以包括任意數量的附加或替代任務，圖4所示的任務不需要按照圖示順序執行，並且方法400可以被合併到具有未在此詳細描述的額外功能的更複雜程序或方法中。
為了圖示說明的目的，方法400的以下描述可能涉及在上面結合圖I和圖2提到的元件。在實際實施方式中，方法400的一些部分可以通過系統100-200的不同元件執行， 例如強制換向同步整流器SI (高側開關)、低側開關Q1、輸出電容器Cl、輸入電容器C2、低側熔斷器F1、熔斷器F2、電感器LI、旁路整流器CR1、熔斷器F3、熔斷器F4、電流源Isp和電力總線202等。方法400可以具有與圖I-圖2所示的實施例類似的功能、材料和結構。因此在這裡可以不多餘地描述共同的特徵、功能和元件。
方法400可以開始於使用耦合到電力總線202的強制換向同步整流器SI、耦合到強制換向同步整流器SI和電流源Isp的旁路濾波器CRl、耦合到強制換向同步整流器SI和輸入電容器C2的電感器LI以及耦合到公共接地端204的低側開關Ql將來自電流源Isp 的電流同步整流成用於耦合到輸入電容器C2的電力總線202的電流(任務402)。
方法400可以繼續進行以下步驟如果強制換向同步整流器SI中出現故障，則使第一熔斷器如耦合到強制換向同步整流器SI和低側開關Ql的低側熔斷器Fl斷開(任務 404)。
方法400可以繼續進行以下步驟如果低側開關Ql中出現故障，則使第一熔斷器如熔斷器Fl斷開(任務406)。
方法400可以繼續進行以下步驟如果電流源Isp中出現故障，則使第二熔斷器如耦合到旁路整流器CRl和電感器LI的熔斷器F2斷開(任務408)。
方法400可以繼續進行以下步驟如果旁路整流器CRl中出現故障，則使第二熔斷10器F2斷開(任務410)。
方法400可以繼續進行以下步驟如果輸入電容器C2中出現故障，則使第三熔斷器如耦合到輸入電容器C2和公共接地端204的熔斷器F3斷開(任務412)。
方法400可以繼續進行以下步驟如果輸出電容器Cl中出現故障，則使第四熔斷器如耦合到輸出電容器Cl和公共接地端204的熔斷器F4斷開(任務414)。
以此方式，當任何功率級在短路模式中發生故障時，本公開的實施方式自動地清除故障。強制換向同步整流器被用於降低功率消耗。較低的功率消耗可減小功率級裝置的重量，因為需要較少的散熱器材料並且可以更緊密地封裝部件。以此方式，重量例如太空飛行器重量可被降低，這是因為需要較少的熱管理硬體。減小重量還轉換為空間和成本的節省，這對於許多類型的電源/負載交互裝置來說都是有用的。
以上描述提到「連接」或「耦合」在一起的元件或節點或特徵。如在此所用，除非另外明確陳述，「連接」的意思是一個元件/節點/特徵直接聯結到另一元件/節點/特徵 (或與其直接通信)，並且不必是機械性聯結。同樣，除非另外明確陳述，「耦合」的意思是一個元件/節點/特徵直接或間接聯結到另一元件/節點/特徵(或與其直接或間接通信)， 並且不必是機械性聯結。因此，儘管圖1-2示出了元件的示例性排布，但另外的中間元件、 器件、特徵或組件可在本公開的實施例中存在。
除非另外明確陳述，本文中所用的術語和短語及其變化應被解讀為是可擴充的， 與限制相反。如前面的示例術語「包括」應理解為「包括而不限於」等；術語「示例」被用來提供所討論的項目的示例性實例，不是其窮舉或限制性列舉；以及形容詞例如「常規的」、 「傳統的」、「正常的」、「標準的」、「已知的」和相似意思的術語不應解釋為將描述的項目限制到給定時間段或限制到在給定時間可用的項目，而應理解為包含常規的、傳統的、正常的或標準的技術，該技術可在當前或在未來任何時間可用或已知。
同樣，用連詞「和」連接的一組項目不應理解為分組中存在這些項目中的每一個， 而應理解為「和/或」，除非另外明確陳述。類似地，用連詞「或」連接的一組項目不應理解為在該組中需要相互排斥性，而同樣應理解為「和/或」，除非另外明確陳述。此外，儘管本公開的項目、元件或組件可能以單數形式描述或要求保護，但預期複數形式在其範疇內，除非明確陳述限於單數形式。在一些示例中，加寬單詞和短語例如「一個或(更)多個」、「至少」、「但不限於」或其它相似短語的存在不應理解為意思是在可缺少此類加寬短語的示例中意欲或要求更窄的情況。
權利要求
1.一種容錯同步整流器PWM調整器系統，其包括強制換向同步整流器，其可操作以耦合到電力總線；低側開關，其可操作以耦合到公共接地端；第一熔斷器，其耦合到所述強制換向同步整流器和所述低側開關，並且可操作以響應於第一故障而斷開；電感器，其耦合到所述第一熔斷器、所述強制換向同步整流器和所述低側開關；以及第二熔斷器，其耦合到所述電感器並且可操作以耦合到電流源，並且可操作以響應於第二故障而斷開。
2.根據權利要求I所述的系統，其中所述第一熔斷器響應於所述強制換向同步整流器中的第一故障、所述低側開關中的第一故障和所述電流源中的第二故障中的一個或更多個而斷開。
3.根據權利要求I所述的系統，其進一步包括旁路整流器，所述旁路整流器耦合到所述第二熔斷器和所述強制換向同步整流器並且可操作以耦合到所述電流源，其中所述第二熔斷器響應於所述旁路整流器中的第二故障而斷開。
4.根據權利要求I所述的系統，其中所述電流源包括至少一個太陽能板，並且所述系統進一步包括耦合到所述強制換向同步整流器的所述電力總線，其中所述電力總線包括太空飛行器功率總線。
5.根據權利要求I所述的系統，其進一步包括輸入電容器，其耦合到所述電感器；第三熔斷器，其串聯耦合到所述輸入電容器和所述公共接地端，並且可操作以響應於所述輸入電容器中的第三故障而斷開，其中所述第三熔斷器包括串聯冗餘電容器；輸出電容器，其可操作以耦合到所述電力總線；以及第四熔斷器，其串聯耦合到所述輸出電容器和所述公共接地端，並且可操作以響應於所述輸出電容器中的故障而斷開，其中所述第四熔斷器包括串聯冗餘電容器。
6.根據權利要求I所述的系統，其中所述強制換向同步整流器降低功率消耗，並且所述強制換向同步整流器包括場效應電晶體開關即FET開關，其包括柵極端、漏極端、源極端和本徵體二極體，所述本徵體二極體包括陰極端和陽極端；換向二極體，其並聯電耦合到所述FET開關，其中所述換向二極體的陰極端電耦合到所述本徵體二極體的陰極端；以及選擇性控制的強制換向電流源，其電耦合到所述換向二極體，並且在所述FET開關導通的同時可操作以從所述換向二極體傳遞換向電流到所述FET開關，由此換向電流從所述本徵體二極體的陰極端傳遞到所述本徵體二極體的陽極端。
7.一種自動容錯同步整流PWM調整方法，所述方法包括使用耦合到旁路整流器並且可操作以耦合到電力總線的強制換向同步整流器、耦合到所述強制換向同步整流器的電感器以及耦合到公共接地端的低側開關將來自電流源的電流同步整流成用於所述電力總線的電流；提供耦合到所述強制換向同步整流器和所述低側開關的第一熔斷器；以及提供耦合到所述旁路整流器和所述電感器的第二熔斷器。
8.根據權利要求7所述的方法，其進一步包括響應於所述強制換向同步整流器中的故障，使所述第一熔斷器斷開；響應於所述低側開關中的故障，使所述第一熔斷器斷開；以及響應於所述電流源中的故障，使所述第二熔斷器斷開。
9.根據權利要求7所述的方法，其進一步包括提供所述旁路整流器，所述旁路整流器耦合到所述第二熔斷器和所述強制換向同步整流器並且可操作以耦合到所述電流源；以及響應於所述旁路整流器中的故障，使所述第二熔斷器斷開；提供耦合到所述電感器的輸入電容器；提供串聯耦合到所述輸入電容器和所述公共接地端的第三熔斷器；響應於所述輸入電容器中的故障，使所述第三熔斷器斷開；提供可操作以耦合到所述電力總線的輸出電容器；提供串聯耦合到所述輸出電容器和所述公共接地端的第四熔斷器；以及響應於所述輸出電容器中的故障，使所述第四熔斷器斷開。
10.一種操作PWM調整器系統的容錯同步整流的方法，所述方法包括使用耦合到電力總線的強制換向同步整流器、耦合到所述強制換向同步整流器和電流源的旁路整流器、耦合到所述強制換向同步整流器和輸入電容器的電感器以及耦合到公共接地端的低側開關將來自所述電流源的電流同步整流成用於耦合到所述輸入電容器的所述電力總線的電流；如果在所述強制換向同步整流器中出現故障，則使耦合到所述強制換向同步整流器和所述低側開關的第一熔斷器斷開；如果所述低側開關中出現故障，則使所述第一熔斷器斷開；如果所述電流源中出現故障，則使耦合到所述電感器和所述電流源的第二熔斷器斷開；如果所述旁路整流器中出現故障，則使所述第二熔斷器斷開；如果所述輸入電容器中出現故障，則使耦合到所述輸入電容器和所述公共接地端的第三熔斷器斷開；以及如果所述輸出電容器中出現故障，則使耦合到輸出電容器和所述公共接地端的第四熔斷器斷開。
全文摘要
本發明涉及具有自動故障清除的同步整流PWM調整器。本發明公開一種容錯同步整流器PWM調整器系統和方法。在該系統和方法中，強制換向同步整流器可操作耦合到電力總線，並且低側開關可操作耦合到公共接地端。另外，第一熔斷器耦合到強制換向同步整流器和低側開關，並且可操作以響應於第一故障而斷開。此外，電感器耦合到第一熔斷器、強制換向同步整流器和低側開關，並且第二熔斷器耦合到電感器並且可操作以耦合到電流源且響應於第二故障而斷開。
文檔編號H02H3/08GK102545651SQ20111043796
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月12日 優先權日2010年12月11日
發明者R·M·馬蒂內利 申請人:波音公司