高壓dc功率發生的製作方法

2023-10-25 14:13:27 3

專利名稱：高壓dc功率發生的製作方法
技術領域：
本文公開的主題一般地涉及功率系統領域，並且更特別地涉及具有有源整流的高壓直流(DC)功率發生。
背景技術：
通常，對功率系統上的負載的電流要求規定了所述系統的尺寸、重量和成本。在利用永磁發電機(PMG)和/或永磁起動器的功率系統中，理想的平衡將包括基於PMG的功率系統，其能夠在低速下以最小的電流產生大的額定扭矩，同時還能夠以較高的速度調節DC輸出電壓。然而，如果PMG的反電動勢(BEMF)是相對低的，則系統輸出功率受到限制，這可能在不增加其尺寸以計及更高的電流操作的情況下導致適當地定額用於低速操作的功率系統方面的困難。此外，如果PMG的BEMF是相對高的，則脈寬調製(PWM)有源整流是困難的，因此，可能難以調節DC輸出電壓。根據常規功率系統，例如，圖1所示的系統10，可以使用來自永磁發電機11的兩組繞組(即，6相)。較低BEMF的一組繞組向有源整流器13饋電且較高BEMF的一組繞組與6二極體無源整流器12相連。系統10在低速下用有源整流器13且在高速下用無源整流器11執行起動器/監視功能。如所示，系統10利用兩個物理上分離的整流器，每個被連接到PMG 11上的不同組的繞組，並因此遭受與取決於電流要求的相當大的尺寸和重量相關聯的缺點。

發明內容
根據本發明的一方面，DC功率系統包括永磁發電機(PMG)以及與PMG進行電通信的有源整流器。有源整流器適配為如果PMG在低速下操作則對從PMG輸出的功率進行有源整流，並且有源整流器還適配為如果PMG在高速下操作則對從PMG輸出的功率進行無源整流。根據本發明的另一方面，DC功率系統包括永磁發電機(PMG)以及與PMG進行電通信的整流器，其中，整流器被配置為響應於PMG的速度變化動態地在有源整流模式與無源整流模式之間切換。通過結合附圖進行的以下說明，本發明的其它方面、特徵和技術將變得更加顯而易見。


現在參考附圖，其中，在多個圖中相同的元件被相同地編號:
圖1舉例說明常規DC功率發生系統；
圖2舉例說明根據示例性實施例的DC發生系統；
圖3A舉例說明DC功率發生系統的常規整流控制部分；
圖3B舉例說明根據示例性實施例的DC功率發生系統的有源整流控制部分；圖4A舉例說明根據示例性實施例的DC功率發生系統；
圖4B舉例說明根據示例性實施例的DC功率發生系統；
圖5舉例說明根據示例性實施例的包括DC功率系統的有源整流模式和無源整流模式二者的操作特性的圖表；以及
圖6舉例說明根據示例性實施例的功率系統的有源至無源整流過渡的圖。
具體實施例方式在本文中提供了 DC功率發生系統的實施例，下面更詳細地討論示例性實施例。轉到圖2，示出了 DC功率系統。DC功率系統100可以是運載工具(例如陸上運載工具、海上運載工具、飛行器等)的功率系統。如所示，系統100包括永磁發電機(PMG)和/或永磁起動器101。PMG 101可以是同步發電機，並且可以跨越三個繞組(表示為LA、Lb和Lc)產生3相功率(用相A、B和C)來表示。系統100還包括例如通過繞組La、Lb和L。與PMG 101進行電通信的有源整流器102。有源整流器102包括被配置為響應於從控制器或門驅動器(未示出)施加的脈寬調製(PWM)信號接通/關斷的多個開關Sp S2, S3> S4, S5和S6。所述多個開關Sp S2, S3> S4, S5和S6中的每個開關可以包括功率半導體開關(例如電晶體)以及耦合在電晶體的發射極和集電極兩端的二極體。每個電晶體可以是基於結的電晶體、場效應電晶體或任何其它適當的電晶體。每個二極體可以是續流二極體或任何其它適當二極體。有源整流器102還包括耦合在所述多個開關S1、S2、S3、S4、S5和S6中的每個開關的輸出端兩端的DC電容器CDa。有源整流器102還包括並聯地被耦合為與DC電容器Cio進行電通信的R-C阻尼電路。R-C阻尼電路包括與電容Cfi串聯的電阻RF1。R-C阻尼電路被布置為幫助在無源整流操作期間使由PMG 101的電感和有源整流器102的DC輸出軌103 104形成的諧振問題穩定(例如在開關斷開的情況下)。應注意的是由於所述多個開關31、52、53、54、55和56中的每個開關包括半導體開關和二極體兩者，所以在其中所有開關都斷開的情況下，有源整流器102開始充當無源整流系統。下面更全面地對此進行描述。轉到圖3A 3B，舉例說明DC功率發生系統的不同整流控制部分。如圖3A所示，整流控制部分200利用用於高速操作的無源整流器201和用於PMG的低速操作的有源整流器202兩者(參見圖1)。如所示，部分200要求到PMG的兩組繞組KEl和KE2的電連接(例如，6相)。相反，整流控制部分210包括到一組繞組KEl和KE2到逆變器或有源整流器211的電連接。由於電感LI和L2被累積地施加於逆變器211，部分210的相電流小於部分200的相電流。例如，下面提出的等式I和2描繪了確定用於整流器控制部分200的扭矩常數和相電流的計算。等式1:
權利要求
1.一種DC功率系統，包括: 永磁發電機(PMG);以及 與PMG進行電通信的有源整流器； 其中，所述有源整流器適配為如果PMG在低速下操作則對從PMG輸出的功率進行有源整流，並且有源整流器還適配為如果PMG在高速下操作則對從PMG輸出的功率進行無源整流。
2.權利要求1的系統，其中，PMG是同步PMG。
3.權利要求1的系統，其中，所述有源整流器包括被布置為與PMG進行電通信的多個開關。
4.權利要求3的系統，其中，所述多個開關被配置為能動地切換以在低速下對從PMG輸出的功率進行整流。
5.權利要求4的系統，其中，所述多個開關被配置為保持斷開以在高速下對從PMG輸出的功率進行整流。
6.權利要求3的系統，其中，所述多個開關被配置為保持斷開以在高速下對從PMG輸出的功率進行整流。
7.權利要求3的系統，其中，所述多個開關中的每個開關包括功率開關電晶體和布置在功率開關電晶體的發射極和集電極兩端的二極體。
8.權利要求7的系統，其中，每個功率開關電晶體被布置為在低速下主動切換以對從PMG輸出的功率進行整流。
9.權利要求8的系統，其中，每個功率開關電晶體被配置為通過相應的二極體來路由電通信以在低速下對從PMG輸出的功率進行整流。
10.一種DC功率系統，包括: 永磁發電機(PMG);以及 與PMG進行電通信的整流器； 其中，整流器被配置為響應於PMG的速度變化動態地在有源整流模式與無源整流模式之間切換。
11.權利要求10的系統，其中，PMG是同步PMG。
12.權利要求10的系統，其中，所述整流器包括被布置為與PMG進行電通信的多個開關。
13.權利要求12的系統，其中，所述多個開關被配置為能動地切換到有源整流模式中。
14.權利要求13的系統，其中，所述多個開關被配置為在無源整流模式下保持斷開。
15.權利要求12的系統，其中，所述多個開關被配置為在無源整流模式下保持斷開。
16.權利要求12的系統，其中，所述多個開關中的每個開關包括功率開關電晶體和布置在功率開關電晶體的發射極和集電極兩端的二極體。
17.權利要求16的系統，其中，每個功率開關電晶體被布置為能動地切換到有源整流模式中。
18.權利要求17的系統，其中，每個功率開關電晶體被配置為在無源整流模式下通過相應的二極體來路由電通信。
全文摘要
本發明涉及高壓DC功率發生。一種DC功率系統包括永磁發電機(PMG)和與PMG進行電通信的有源整流器。有源整流器適配為如果PMG在低速下操作則對從PMG輸出的功率進行有源整流，並且有源整流器還適配為如果PMG在高速下操作則對從PMG輸出的功率進行無源整流。
文檔編號H02M7/02GK103187884SQ20111045352
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者S.J.方, R.A.希梅爾曼, S.J.莫斯, G.I.羅斯曼 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司