СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ МОЩНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ ТОК
SYSTEM AND METHOD FOR POWERFUL DC/DC CONVERTER

Примеры реализации изобретения, раскрытые в настоящем описании, относятся в целом к электронным регуляторам мощности. В частности, они относятся к электронным преобразователям постоянного тока в постоянный ток.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Преобразователем постоянного тока в постоянный ток является электронная схема, преобразующая источник постоянного тока из одного уровня напряжения в другой. Преобразователи постоянного тока в постоянный ток важны при решении многих задач, таких как для систем питания и портативных электронных устройства. Преобразователи постоянного тока в постоянный ток могут также регулировать выходное напряжение. Повышающим преобразователем является преобразователь, в котором выходное напряжение постоянного тока превышает его входное напряжение постоянного тока. Понижающим преобразователем является преобразователь, в котором выходное напряжение постоянного тока меньше его входного напряжения постоянного тока.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приведено описание системы и способов преобразования напряжения. Сигналы модуляции с фазовым сдвигом создают и чередуют для получения перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом. Несколько полномостовых преобразователей напряжения управляются посредством перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом для преобразования входного электрического тока при входном напряжении в выходной электрический ток при выходном напряжении. Таким образом низкое напряжение источника питания постоянного тока, такое как напряжение от батареи топливных элементов или аккумуляторной батареи может быть преобразовано в выходной постоянный ток высокого напряжения.
Например, в примерах реализации изобретения согласно описанию предложены средства для выполнения источника питания низкого напряжения, такого как батарея топливных элементов или аккумуляторная батарея (как правило, с напряжением примерно 40-60 В постоянного тока) заодно с системой распределения электроэнергии воздушного летательного аппарата, в которой для питания нагрузок на постоянном токе требуется регулируемая двойная полярность примерно 270 В постоянного тока, а для питания инверторов напряжения требуется одна полярность примерно 600-800 В постоянного тока.
В одном примере реализации изобретения предложен способ преобразования напряжения, согласно которому создают несколько сигналов модуляции с фазовым сдвигом и чередуют их с возможностью получения перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом. Далее, согласно способу, управляют несколькими преобразователями напряжения, используя перемежающиеся сигналы модуляции с фазовым сдвигом для преобразования входного электрического тока при входном напряжении в выходной электрический ток при выходном напряжении.
Еще в одном примере реализации изобретения, система преобразования напряжения содержит модуль управления и несколько преобразователей напряжения. Модуль управления создает сигналы модуляции с фазовым сдвигом и чередует их для получения перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом. Управление преобразователями напряжения осуществлено посредством перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом для преобразования входного электрического тока при входном напряжении в выходной электрический ток при выходном напряжении.
Еще в одном примере реализации изобретения способ создания системы преобразования напряжения осуществляется посредством модуля управления и нескольких преобразователей напряжения. Модуль управления создает несколько сигналов модуляции с фазовым сдвигом и чередует их для получения перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом. Управление преобразователями напряжения осуществлено посредством перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом для преобразования входного электрического тока при входном напряжении в выходной электрический ток при выходном напряжении.
В раскрытии настоящего изобретения представлена выборка концепций в упрощенной форме, подробное описание которых будет приведено ниже. Настоящее раскрытие изобретения не устанавливает отличительные или существенные признаки заявляемого объекта изобретения и не может быть использовано как средство, способствующее определению объема притязаний изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Более полное понимание примеров реализации изобретения может быть получено после ознакомления с подробным описанием и формулой изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых подобные элементы обозначены одними и теми же номерами. Чертежи приложены для облегчения понимания описания изобретения без ограничения объема его притязаний либо применимости. Не обязательно выполнение чертежей в масштабе.
На Фиг.1 показан пример схемы преобразования напряжения согласно примеру реализации изобретения.
На Фиг.2 показан пример функциональной блок-диаграммы системы преобразования напряжения согласно примеру реализации изобретения.
На Фиг.3 показан пример блок-схемы, демонстрирующей процесс преобразования напряжения согласно примеру реализации изобретения.
На Фиг.4 показан пример блок-схемы, демонстрирующей процесс создания системы преобразования напряжения согласно примеру реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Приведенное подробное описание является в сущности примерным и не предназначено для ограничения раскрытия изобретения или его применимости и использования примеров реализации изобретения. Описания конкретных устройств, методик и их применимости приведены только в качестве примеров. Модификации примеров, рассмотренных в настоящем описании, будут очевидны для специалистов в данной области техники, а охарактеризованные общие принципы могут быть использованы в других примерах и заявках без выхода за пределы сущности и объема изобретения. Настоящее описание изобретения соответствует объему притязаний, выраженному формулой изобретения, и не ограничено описанными и показанными в нем примерами.
Описание примеров реализации изобретения может быть составлено на основе элементов функционального и/или логического блоков и различных технологических операций. Следует учесть, что такие элементы блоков могут быть сформированы посредством любого количества компонентов аппаратных средств, программного обеспечения, и/или микропрограммных компонентов, выполненных с возможностью исполнения заданных функций. Для краткости, подробное описание общепринятых методик и компонентов полномостовых преобразователей, трансформаторов, низкочастотных фильтров, а также других функциональных аспектов рассмотренных систем (и отдельных рабочих элементов систем) не приведено. Кроме того, специалистам в данной области техники будет понятно, что примеры реализации настоящего изобретения могут быть использованы в сочетании с различными программными и техническими средствами, и их описание приведено исключительно для примера.
Примеры реализации изобретения рассмотрены в настоящем описании с точки зрения неограниченного практического применения для преобразования постоянного тока в постоянный ток в силовых цепях воздушных летательных аппаратов. Однако, примеры реализации настоящего изобретения не ограничены применением такого преобразования в воздушных летательных аппаратах, и рассмотренные в описании методики могут быть также использованы и в других устройствах. Например, помимо прочего, примеры реализации изобретения могут быть использованы без ограничения при преобразовании переменного тока в постоянный, постоянного тока в переменный, преобразовании переменного тока либо в случае других преобразований.
После прочтения настоящего описания специалистам в данной области техники будет понятно, что ниже приведены примеры, а также варианты реализации изобретения, использование которых не ограничено в соответствии с этими примерами. Возможно использование и других примеров реализации изобретения, кроме того могут быть внесены конструктивные изменения без выхода за пределы сущности и объема примеров реализации настоящего изобретения.
Согласно примеру реализации изобретения предложены, например, средства для выполнения источника питания низкого напряжения (например, от около 40 до 60 В постоянного тока) заодно с системой распределения электроэнергии воздушного летательного аппарата, в которой для питания нагрузок на постоянном токе требуется регулируемая двойная полярность напряжения примерно 270 В постоянного тока, а для инверторов источников напряжения требуется одна полярность напряжения примерно 600-800 В постоянного тока. Высокий коэффициент преобразования низкого напряжения (например, около 40 В постоянного тока) в высокое (например, около 800 В постоянного тока) может быть получен при большой мощности (например, больше 1 кВт). Источник низкого напряжения может содержать, помимо прочего, например, батарею топливных элементов, панель солнечных батарей, аккумуляторную батарею или другие источники питания.
В одном примере реализации изобретения раскрыт мощный преобразователь постоянного тока в постоянный ток и способ создания двойной полярности напряжения приблизительно 270 В постоянного тока и/или одной полярности напряжения постоянного тока около 600 - 800 В постоянного тока от источника низкого напряжения постоянного тока, такого как батарея топливных элементов или аккумуляторная батарея. Структура указанного мощного преобразователя постоянного тока в постоянный ток обеспечивает создание топологии, например четырехфазных полномостовых преобразователей с режимом чередования, с регулируемыми фазовыми сдвигами между четырьмя, полномостовыми преобразователями, соединенными с четырьмя трансформаторами/выпрямителями, выводы которых включены последовательно.
На Фиг.1 показан пример схемы преобразования напряжения (преобразователь 100) согласно примеру реализации изобретения. Каждый из четырех по существу одинаковых преобразователей напряжения (Фаза А, В, С, D) содержит полномостовой преобразователь, соединенный с трансформатором. Преобразователь 100 содержит преобразователь напряжения Фазы А, преобразователь напряжения Фазы В, преобразователь напряжения Фазы С и преобразователь напряжения Фазы D, выполненные таким образом, что все их входы соединены с источником постоянного тока 102. Преобразователь напряжения Фазы А содержит первый полномостовой преобразователь 128, первый трансформатор 122, первый выпрямитель 152 и первый низкочастотный фильтр 120. Преобразователь напряжения Фазы В содержит второй полномостовой преобразователь 126, второй трансформатор 124, второй выпрямитель 154 и первый низкочастотный фильтр 120. Таким образом, первый низкочастотный фильтр 120 может быть использован Фазами А и В совместно; однако, в других примерах реализации изобретения каждая Фаза может содержать низкочастотный фильтр. Преобразователь напряжения Фазы С содержит третий полномостовой преобразователь 138, третий трансформатор 132, третий выпрямитель 156 и второй низкочастотный фильтр 130. Преобразователь напряжения Фазы D содержит четвертый полномостовой преобразователь 136, четвертый трансформатор 134, четвертый выпрямитель 158 и второй низкочастотный фильтр 130. Таким образом, второй низкочастотный фильтр 130 может быть использован Фазами С и D совместно; однако, в других примерах реализации изобретения каждая Фаза может содержать низкочастотный фильтр.
Первый полномостовой преобразователь 128 содержит электронную схему, выполненную с возможностью преобразования входного напряжения преобразователя 160, подаваемого от источника постоянного тока 102 для осуществления подачи выходного напряжения положительной или отрицательной полярности на первый трансформатор 122, и для осуществления передачи выходного тока 142 фазы А положительной или отрицательной полярности, преобразованного из источника постоянного тока 102, через первый трансформатор 122. Выключатели Q1 и Q4 обеспечивают возможность передачи выходного тока 142 фазы А через первый трансформатор 122 в качестве положительного тока. Выключатели Q2 и Q3 обеспечивают возможность передачи выходного тока 142 фазы А через первый трансформатор 122 в качестве отрицательного тока. Первый полномостовой преобразователь 128 работает в первой фазе (Фаза А).
Второй полномостовой преобразователь 126 содержит электронную схему, выполненную для обеспечения возможности преобразования входного напряжения 160, подаваемого на преобразователь от источника постоянного тока 102, подачи выходного напряжения положительной или отрицательной полярности на второй трансформатор 124, и передачи выходного тока 144 фазы В, положительной или отрицательной полярности, преобразованного из источника постоянного тока 102, через второй трансформатор 124. Второй полномостовой преобразователь 126 выполнен с возможностью срабатывания во второй фазе (Фаза В). Фаза В может содержать, например, помимо прочего, фазовый сдвиг относительно Фазы А на приблизительно 90 градусов, на 180 градусов или другой соответствующий сдвиг.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что фазовый сдвиг может содержать фазу сдвинутого по фазе сигнала относительно другого сигнала. Например, управление схемами Фазы В может быть осуществлено сигналами, подвергнутыми модулированию с фазовым сдвигом около 90 градусов относительно Фазы А.
Третий полномостовой преобразователь 138 содержит электронную схему, выполненную для обеспечения возможности преобразования входного напряжения 160, подаваемого на преобразователь от источника постоянного тока 102, для обеспечения возможности подачи выходного напряжения положительной или отрицательной полярности на третий трансформатор 132, и для передачи выходного тока 146 фазы С положительной или отрицательной полярности, преобразованного из источника постоянного тока 102, через третий трансформатор 132. Третий полномостовой преобразователь 138 выполнен с возможностью срабатывания в третьей фазе (Фазе С). Фаза С может содержать, например, помимо прочего, фазовый сдвиг относительно Фазы А около 45 градусов, 90 градусов или другой соответствующий сдвиг.
Четвертый полномостовой преобразователь 136 содержит электронную схему, выполненную с возможностью преобразования входного напряжения 160 преобразователя, подаваемого от источника постоянного тока 102, для подачи выходного напряжения положительной или отрицательной полярности на четвертый трансформатор 134, и для передачи выходного тока 148 фазы D положительной или отрицательной полярности, преобразованного из тока от источника постоянного тока 102, через четвертый трансформатор 134. Четвертый полномостовой преобразователь 136 выполнен с возможностью срабатывания в четвертой фазе (Фазе D). Фаза D может содержать, например, помимо прочего фазовый сдвиг относительно Фазы А около 135 градусов, 270 градусов, либо может иметь другой соответствующий сдвиг.
Первый трансформатор 122, второй трансформатор 124, третий трансформатор 132 и четвертый трансформатор 134 выполнен с возможностью преобразования первого переменного напряжения первого переменного тока (например, выходной ток 142 Фазы А, выходной ток 144 Фазы В, выходной ток 146 Фазы С, выходной ток 148 фазы D, соответственно) во второе переменное напряжение, с коэффициентом трансформации, равным, например, помимо прочего от 1 до 6, от 3 до -1, или с любым другим соответствующим коэффициентом.
В примере реализации изобретения, показанном на Фиг.1, первый выпрямитель 152, второй выпрямитель 154, третий выпрямитель 156 и четвертый выпрямитель 158 содержит двухполупериодный выпрямитель. В альтернативном варианте, первый выпрямитель 152, второй выпрямитель 154, третий выпрямитель 156 и четвертый выпрямитель 158 могут содержать, например, помимо прочего, трансформаторно-выпрямительное устройство со средней точкой, мостовой выпрямителя, или другой соответствующий выпрямитель. Первый выпрямитель 152 выполнен с возможностью выпрямления выходного сигнала переменного тока первого трансформатора 122. Второй выпрямитель 154 выполнен с возможностью выпрямления выходного сигнала переменного тока второго трансформатора 124. Третий выпрямитель 156 выполнен с возможностью выпрямления выходного сигнала переменного тока третьего трансформатора 132. Четвертый выпрямитель 158 выполнен с возможностью выпрямления выходного сигнала переменного тока четвертого трансформатора 134.
Первый и второй низкочастотные фильтры 120 и 130 могут содержать, например, помимо прочего резистивно-емкостной фильтр, RLC фильтр или любой другой соответствующий низкочастотный фильтр. Первый низкочастотный фильтр 120 выполнен с возможностью сглаживания выходного сигнала первого выпрямителя 152, включенного последовательно со вторым выпрямителем 154. Второй низкочастотный фильтр 130 выполнен с возможностью сглаживания выходного сигнала третьего выпрямителя 156, включенного последовательно с четвертым выпрямителем 158.
Фазы А и В с соответствующими трансформаторами 122/124 и выпрямителями 152/154 составляют верхнее плечо Е преобразователя 100, а Фазы С и D с соответствующими трансформаторами 132/134, и выпрямителями 156/158 составляют нижнее плечо F преобразователя 100. Фазы А и В соединены последовательно таким образом, что преобразователь 100 создает напряжение величиной +270 В постоянного тока (относительно N) на верхнем плече Е. Фазы С и D соединены последовательно таким образом, что преобразователь 100 создает напряжение величиной -270 В постоянного тока (относительно N) на нижнем плече F. Выходные напряжения +270 В постоянного тока и -270 В постоянного тока могут быть получены после осуществления выпрямления. За счет последовательного соединения плеч Е и F преобразователем 100 может быть создано напряжение 540~800 В постоянного тока с помощью модуляции с фазовым сдвигом полномостовых преобразователей. При сдвиге 90 градусов между фазами А и В в верхнем плече, (как и между фазами С и D в нижнем плече), и сдвиге 45 градусов между фазами С и А, может быть получена минимальная пульсация входного тока. Таким образом может быть обеспечена работа в Режиме чередования 1.
Сдвиг между фазами А и В (фазами D и С) может быть изменен с 90 на 180 градусов, а сдвиг между фазами С и А (фазами D и В) может быть изменен с 45 на 90 градусов. При сдвиге между фазами В и А, составляющем около 180 градусов, и сдвиге между фазами С и А, составляющем около 90 градусов, может быть обеспечена работа в Режиме чередования 2. Пульсация входного тока преобразователя 100 в 2 раза меньше пульсации входного тока однокомплектного полномостового преобразователя. Как правило, пульсации входного тока и выходного напряжения преобразователя 100 являются функциями углов сдвига фаз (чередования) 4-х полномостовых преобразователей.
В примерах реализации изобретения предложена структура, в которой использованы четырехфазный полномостовой преобразователь с режимом чередования, соединенный с трансформаторами/выпрямителями для создания выходного напряжения ±270 В постоянного тока, а также модуляция с фазовым сдвигом для создания выходного напряжения, достигающего значение около 800 В постоянного тока при питании от источника регулируемого низкого напряжения около 40-60 В постоянного тока. Выходы преобразователя 100 могут также распределять напряжение около ±270 В постоянного тока для обычных нагрузок воздушного летательного аппарата на постоянном токе или около 600-800 В постоянного тока для обычных инверторов напряжения воздушного летательного аппарата.
На Фиг.2 показан пример функциональной блок-диаграммы системы преобразования напряжения (система 200) согласно примеру реализации изобретения. На практике система 200 может состоять из любого числа входных модулей, процессорных модулей, модулей памяти и любого количества других модулей. Для простоты описания система 200 показана в виде простого примера реализации изобретения. Эти и другие элементы системы 200 соединены между собой с возможностью взаимодействия между различными элементами устройства 200. В одном примере реализации изобретения, эти и другие элементы системы 200 могут быть соединены между собой через соединительную цепь 228.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что разные пояснительные блоки, модули, схемы и логические схемы обработки информации, в соответствии с примерами реализации изобретения согласно настоящему описанию, могут быть выполнены в виде аппаратных средств, машиночитаемых программных средств, периферийных устройств или их комбинации.
Для ясности иллюстрации указанной взаимозаменяемости и совместимости аппаратных средств, периферийных устройств и программного обеспечения, описание различных пояснительных компонентов, блоков, модулей, схем и операций приведено в целом с учетом их функциональных возможностей. Способ реализации таких функциональных возможностей на основе аппаратных, периферийных средств или программного обеспечения зависит от конкретного применения и конструктивных ограничений системы в целом. Специалисты, знакомые с концепциями, рассмотренными в настоящем описании, могут соответствующим образом реализовывать эти функциональные возможности для каждого конкретного применения, однако осуществление таких решений не должно приводить к выходу за пределы объема притязаний изобретения.
Система 200 может иметь функции, детали и конструкции схожие с примерами, показанными на Фиг.1. Таким образом, общие свойства, функции и детали могут быть не детально описаны в настоящем описании изобретения.
Система 200 может состоять из любого числа преобразователей напряжения 1-N, таких как преобразователь напряжения-1 202 и преобразователь напряжения-N 216 (N-й преобразователь напряжения), соединительной цепи 228 и модуля управления 224. N может быть целым числом, большим 1.
Более высокие значения N могут быть выбраны для достижения более высоких уровней напряжения и мощности посредством подсоединения большего количества фаз, и достижения, таким образом, еще меньших пульсаций, как на стороне входа, так и на стороне выхода.
Преобразователи напряжения 1-N (202 - 216) выполнены с возможностью преобразования входного напряжения источника постоянного тока 226 в выходное напряжение на выводе 232. Каждый из преобразователей напряжения 1-N может включать в себя, например, помимо прочего, полномостовой преобразователь 204/210, трансформатор 206/212, выпрямитель 238/240, низкочастотный фильтр 208/214 или другие соответствующие схемные элементы.
Например, в одном примере реализации изобретения, преобразователи напряжения 1-N могут содержать четыре полномостовых преобразователя, схожих с примером, показанном в преобразователе 100 на Фиг.1. В этом случае преобразователи напряжения 1-N включают в себя структуру, в которой входы четырех полномостовых преобразователей 128/126/138/136 подсоединены к одному и тому же источнику (источнику постоянного тока 102). Каждый из полномостовых преобразователей 128/126/138/136 соединен с соответствующим трансформатором 122/124/132/134, соединенным, в свою очередь, с соответствующим выпрямителем 152/154/156/158. Выпрямители 152/154/156/158 соединены последовательно через средний вывод трансформаторов 122/124/132/134.
В альтернативном варианте, преобразователи напряжения 1-N могут быть соединены различными способами для получения высокого напряжения постоянного тока, например, помимо прочего, если число полномостовых преобразователей 204/210 больше 4-х (например, N>4), то выходы более двух выпрямителей могут быть соединены последовательно. Кроме того, уровни напряжения и мощности каждого примера реализации изобретения могут быть увеличены посредством подсоединения большего количества фаз и увеличения числа N, что способствует получению меньших пульсаций, как на стороне входа, так и на стороне выхода.
Соединительная цепь 228 выполнена с возможностью соединения преобразователей напряжения 1-N между собой. С помощью соединительной цепи 228 преобразователи напряжения 1-N могут быть соединены, например, помимо прочего, последовательно, параллельно, последовательно-параллельно или могут иметь другую конфигурацию соединения.
Соединительная цепь 228 может содержать нулевое или большее количество низкочастотных фильтров 230, выполненных, например, помимо прочего, с возможностью сглаживания пульсации между каскадами преобразователей напряжения 1-N. Для создания выходного регулируемого напряжения постоянного тока необходимо наличие по меньшей мере одного низкочастотного фильтра 208/214/230.
Модуль управления 224 включает в себя логическую схему управления 220 и запоминающее устройство 222. Модуль управления 224 выполнен с возможностью создания фазовых сигналов регулирования для управления преобразователями напряжения 1-N. Модуль управления 224 может быть выполнен, например, помимо прочего, с возможностью последовательной подачи стробирующего сигнала для транзисторов (например, Q1, Q2, Q3, Q4 на Фиг.1), управления модуляцией с фазовым сдвигом каждого полномостового преобразователя (например, 128/126/138/136 на Фиг.1) и для достижения различных выходных напряжений; для чередования управляющих фаз для достижения минимального размера пульсации, и для выполнения других соответствующих функций управления.
Логическая схема управления 220 включает в себя логическую схему обработки информации, выполненную с возможностью реализации функций, алгоритмов и задач обработки, связанных с работой системы 200. В частности, логическая схема обработки информации выполнена с возможностью системной поддержки предложенной системы 200. Логическая схема управления 220 может быть осуществлена или реализована на основе универсального процессора, ассоциативного запоминающего устройства, цифрового сигнального процессора, специализированной интегральной микросхемы, программируемой пользователем матрицы логических элементов, любого соответствующего программируемого логического устройства, логического элемента на дискретных компонентах или транзисторной логики, дискретных технических средств, или любой их комбинации, созданной для выполнения указанных функций.
Таким образом, процессором может служить микропроцессор, контроллер, микроконтроллер, машина состояний и т.п.
Процессор также может быть выполнен в виде комбинации вычислительных устройств, например, комбинации цифрового сигнального процессора и микропроцессора, нескольких микропроцессоров, по меньшей мере одного микропроцессора в сочетании с ядром цифрового сигнального процессора либо может иметь любую другую подобную конфигурацию.
Запоминающее устройство 222 может включать в себя область памяти для хранения данных, отформатированное с возможностью системной поддержки работы системы 200. Запоминающее устройство 222 выполнено с возможностью сохранения, защиты и использования данных при необходимости системного поддержания функциональных возможностей системы 200. Например, в запоминающем устройстве 222 могут храниться значения фазового сдвига, интервалы времени, значения напряжения или другие данные.
В практических примерах реализации изобретения, запоминающее устройство 222 может, например, включать в себя, помимо прочего, энергонезависимое запоминающее устройство (энергонезависимое полупроводниковое запоминающее устройство, накопитель на жестком диске, накопитель на оптическом диске и т.п.), устройство хранения данных с произвольным доступом (например, SRAM, DRAM) либо любые известные в области техники носители информации другого вида.
Запоминающее устройство 222 может быть соединено с логическими схемами управления 220 и выполнено с возможностью хранения, например, помимо прочего, базы данных, компьютерной программы, исполняемой логическими схемами управления 220, операционной системы, прикладной программы, предварительных данных, используемых при выполнении программы, или другого приложения. Кроме того, запоминающее устройство 222 может воспроизводить обновляемую в динамическом режиме базу данных, содержащую таблицу для обновления базы данных.
Запоминающее устройство 222 может быть соединено с логической схемой управления 220, таким образом, что логическая схема управления 220 считывает из запоминающего устройства 222 и записывает информацию в это устройство.
Например, согласно упомянутому выше логическая схема управления 220 может быть выполнена с возможностью доступа к запоминающему устройству 222 для получения доступа к значениям фазового сдвига, временным интервалам, значениям напряжения и другим данным. Для примера, логическая схема управления 220 и запоминающее устройство 222 могут быть расположены в соответствующих специализированных интегральных микросхемах (ASICs). Запоминающее устройство 222 может быть также встроено в логическую схему управления 220.
В примере реализации изобретения, запоминающее устройство 222 может включать в себя кэш-память для хранения временных переменных или другой промежуточной информации в ходе выполнения команд, заданных логической схемой управления 220.
На Фиг.3 показан пример блок-схемы, демонстрирующей способ 300 преобразования напряжения согласно примеру реализации изобретения. Различные задачи, выполняемые посредством использования способа процесса 300, могут быть осуществлены механически с помощью программного обеспечения, аппаратных средств, периферийных устройств, машиночитаемых носителей, имеющих исполняемые компьютером команды на выполнение операций способа либо их комбинаций.
Следует учесть, что способ 300 может включать в себя любое количество дополнительных или альтернативных операций; операции, показанные на Фиг.3, не обязательно должны быть выполнены в указанном порядке, а процесс 300 может входить в состав более сложного алгоритма или процесса, имеющего дополнительные функциональные возможности, не рассматриваемые более подробно в настоящем описании. В качестве примера, приведенное ниже описание процесса 300 может иметь отношение к элементам, упомянутым выше со ссылкой на Фиг.1 и 2.
В практических примерах реализации изобретения, части способа 300 могут быть выполнены различными элементами системы 200, такими как: преобразователем напряжения-1 202, преобразователем напряжения-N 216, соединительной цепью 228, модулем управления 224 и т.д. Способ 300 может иметь функции, детали и конструкции подобные примерам, показанным на Фиг.1-2. Поэтому, в настоящем описании не приведены детальные характеристики общих свойств, функций и элементов.
Реализация способа 300 может быть начата посредством создания нескольких сигналов модуляции с фазовым сдвигом (операция 302). Создание сигнала модуляции с фазовым сдвигом позволяет достигнуть различных уровней выходного напряжения в зависимости от требуемой нагрузки, либо достигнуть устойчивого уровня выходного напряжения при переменном входном напряжении.
Реализация способа 300 может быть продолжена путем чередования сигналов модуляции с фазовым сдвигом для создания перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом (операция 304). Перемежающиеся сигналы модуляции с фазовым сдвигом могут быть использованы для достижения заданного выходного напряжения и величины пульсации тока.
Реализация способа 300 может быть продолжена посредством управления несколькими преобразователями напряжения, такими как преобразователи напряжения 202/216, посредством использования перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом для преобразования входного тока при входном напряжении в выходной ток при выходном напряжении (операция 306). Каждый преобразователь напряжения 202/216 может содержать полномостовой преобразователь 204/210, трансформатор 206/212 и выпрямитель 238/240. Полномостовой преобразователь 204/210 связан по меньшей мере с одним из сигналов модуляции с фазовым сдвигом и входным электрическим током, и выполнен с возможностью преобразования входного тока в первый переменный ток. Трансформатор 206/212 соединен с полномостовым преобразователем и выполнен с возможностью преобразования первого напряжения первого переменного тока во второе напряжение второго переменного тока. Выпрямитель 238/240 соединен с трансформатором и выполнен с возможностью преобразования второго переменного тока в выходной постоянный ток. Выходы преобразователей напряжения 202/216 могут быть соединены, например, помимо прочего, последовательно, параллельно либо они могут иметь другую соответствующую конфигурацию.
Реализация способа 300 может быть продолжена путем конфигурирования перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом для уменьшения пульсации входного тока (операция 308). Перемежающиеся сигналы модуляции с фазовым сдвигом могут быть созданы с возможностью чередования при различных перемежающихся углах, например, помимо прочего, около 45 градусов, 90 градусов, 135 градусов, 180 градусов или других углах, применимых для уменьшения пульсации входного тока источника и/или сглаживания выходных напряжений трансформатора для данного применения или устройства. Например, как было рассмотрено выше, углы чередования могут быть выбраны с возможностью создания рабочего Режима чередования 1 или рабочего Режима чередования 2. В рабочем Режиме 1 количество пульсаций входного тока может быть примерно на 50% меньше, чем в рабочем режиме 2, а частота пульсаций может быть в два раза больше.
Реализация способа 300 может быть продолжена путем сокращения пульсаций входного тока за счет использования перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом (операция 310).
Реализация способа 300 может быть продолжена посредством конфигурирования перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом для уменьшения пульсации выходного напряжения (операция 312).
Реализация способа 300 может быть продолжена путем сокращения пульсаций выходного напряжения за счет использования перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом (операция 314).
Реализация способа 300 может быть продолжена путем низкочастотной фильтрации выходного сигнала по меньшей мере одного преобразователя напряжения (операция 316).
Реализация способа 300 может быть продолжена посредством регулирования уровня выходного напряжения путем модуляции с фазовым сдвигом сигналов модуляции с фазовым сдвигом (операция 318).
Реализация способа 300 может быть продолжена путем регулирования выходного тока и выходного напряжения посредством отключения по меньшей мере одного преобразователя напряжения (операция 320). Например, если выходной постоянный ток 104 (Фиг.1) имеет положительную полярность 112 около +270 В постоянного тока относительно нейтрали N 114, и отрицательную полярность 116 около -270 В постоянного тока относительно нейтрали N 114, то выходной постоянный ток 104 может быть установлен на исключительно положительной полярности 112 равным +270 В посредством отключения преобразователя напряжения Фаз С и D.
На Фиг.4 показан пример блок-схемы, демонстрирующий способ 400 создания системы преобразования напряжения согласно примеру реализации изобретения. Различные операции, выполняемые в связи с использованием способа 400, могут быть осуществлены механически с помощью программного обеспечения, аппаратных средств, периферийных устройств, машиночитаемых носителей, имеющих исполняемые компьютером команды на выполнение операций способов либо их комбинаций. В качестве примера, приведенное ниже описание способа 400 может иметь отношение к элементам, упомянутым выше со ссылкой на Фиг.1-2.
Следует учесть, что способ 400 может включать в себя любое количество дополнительных или альтернативных операций; операции, показанные на Фиг.4, не обязательно должны быть выполнены в указанном порядке, а процесс 400 может входить в состав более сложного алгоритма или способа, имеющего дополнительные функциональные возможности, не рассматриваемые более подробно в настоящем описании.
В применяемых на практике примерах реализации изобретения, части процесса 400 могут быть выполнены различными элементами системы 200, такими как: преобразователь напряжения-1 202, преобразователь напряжения-N 216, соединительная цепь 228, модуль управления 224 и т.д. Процесс 400 может иметь функции, детали и конструкции, подобные примерам, показанным на Фиг.1-2. Поэтому в настоящем описании не приведены детальные характеристики общих свойств, функций и элементов.
Реализация способа 400 может быть начата с использования модуля управления, выполненного с возможностью создания и чередования нескольких сигналов модуляции с фазовым сдвигом для получения перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом (операция 402).
Реализация способа 400 может быть продолжена посредством использования нескольких преобразователей напряжения, управляемых перемежающимися сигналами модуляции с фазовым сдвигом, и выполненных с возможностью преобразования входного тока при входном напряжении в выходной ток при выходном напряжении (операция 404).
Реализация способа 400 может быть продолжена посредством использования полномостового преобразователя, соединенного по меньшей мере с одним из сигналов модуляции с фазовым сдвигом и входным током и выполненного с возможностью преобразования входного тока в первый переменный ток (операция 406).
Реализация способа 400 может быть продолжена посредством использования трансформатора, соединенного с полномостовым преобразователем и выполненного с возможностью преобразования первого напряжения первого переменного тока во второе напряжение второго переменного тока (операция 408).
Реализация способа 400 может быть продолжена посредством использования выпрямителя, соединенного с трансформатором и выполненного с возможностью преобразования второго переменного тока в выходной постоянный ток (операция 410).
Реализация способа 400 может быть продолжена посредством использования низкочастотного фильтра, соединенного с выходом по меньшей мере одного преобразователя напряжения и выполненного с возможностью низкочастотного фильтрования выходного сигнала (операция 412).
Реализация способа 400 может быть продолжена путем последовательного соединения выходов преобразователей напряжения (операция 414).
Таким образом, в примерах осуществления изобретения предложены средства, выполняющие низковольтный источник питания с электрической системой распределения электроэнергии, такой как система распределения электроэнергии воздушного летательного аппарата, в которой для питания нагрузок на постоянном токе требуется регулируемая двойная полярность, а для инверторов источника напряжения требуется одна полярность.
По сравнению с существующими преобразователями, четырехфазный полномостовой преобразователь с модуляцией с фазовым сдвигом согласно примерам реализации изобретения обеспечивает: меньшую пульсацию входного тока для защиты топливного элемента: четыре полномостовых преобразователя работают в режиме чередования с углом сдвига 45 градусов, первичный источник постоянного тока (например, топливный элемент) имеет вчетверо большую пульсацию тока на частоте переключения (размах пульсаций по меньшей мере в четыре раза меньше) по сравнению с существующим решением, где использован только один полномостовой преобразователь.
Следовательно, пульсация входного тока может быть значительно уменьшена.
Кроме того, по сравнению с обычным силовым преобразователем, меньший размер входного/выходного фильтра в структуре преобразователя с режимом чередования, согласно примерам реализации изобретения, позволяет уменьшить среднеквадратичный ток конденсаторов входного и выходного каскадов. Также, уменьшенный размер звена фильтра электромагнитных помех (EMI) в структуре преобразователя с режимом чередования согласно примерам реализации изобретения позволяет уменьшить пульсацию выходного тока и напряжения, уменьшая, таким образом, необходимость фильтрации электромагнитных помех. Дополнительно, рассмотренные в настоящем описании примеры структуры преобразователя с режимом чередования позволяют снизить механическое напряжение в полупроводниковом устройстве путем распределения мощности по четырем фазам.
В описании настоящего изобретения термины "компьютерный программный продукт", "машиночитаемый носитель", "машиночитаемый носитель данных", и т.п. могут относиться в целом к носителям информации, таким как запоминающее устройство, устройства хранения данных, или накопитель. Эти и другие формы машиночитаемых носителей информации могут быть задействованы для хранения по меньшей мере одной команды, вызывающих исполнение модулем управления 224 заданных операций. Выполнение таких команд, обычно именуемых "компьютерными программами", либо "программным кодом" (который может быть сгруппирован в виде компьютерных программ или других групп), допускает использование методов планирования потребления электроэнергии системой 200.
Приведенное выше описание относится к элементам, узлам или блокам, "соединенным" или "связанным" между собой. В данном контексте, если прямо не предусмотрено иное, термин "соединен" означает то, что один элемент/узел/блок соединен непосредственно (или непосредственно сообщается) с другим элементом/узлом/блоком, причем не обязательно механическим путем. Аналогично, если прямо не предусмотрено иное, термин "связан" означает то, что один элемент/узел/блок соединен непосредственно или косвенно (либо непосредственно или косвенно сообщается) с другим элементом/узлом/блоком, причем не обязательно механическим путем. Таким образом, несмотря на то, что на Фиг.1-4 показаны примеры возможной компоновки элементов, в примере реализации изобретения возможно наличие дополнительных промежуточных элементов, устройств, блоков, или деталей.
Как видно из текста и чертежей, предложен способ преобразования напряжения, согласно которому: создают несколько сигналов модуляции с фазовым сдвигом; чередуют сигналы модуляции с фазовым сдвигом для создания перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом; управляют несколькими преобразователями напряжения 100, 202-216 посредством перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом для преобразования входного тока при входном напряжении в выходной ток при выходном напряжении. В одном варианте, способ включает в себя конфигурирование перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом для уменьшения пульсации входного тока. Еще в одном варианте, способ дополнительно включает в себя уменьшение пульсации входного тока за счет использования перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом.
Еще в одном варианте, способ дополнительно включает в себя конфигурирование перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом для уменьшения пульсации напряжения выходного напряжения. Еще в одном варианте, способ дополнительно включает в себя уменьшение пульсации выходного напряжения за счет использования перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом. Один из вариантов отличается тем, что каждый преобразователь напряжения 100, 202-216 содержит: полномостовой преобразователь 128, 126, 138, 136, связанный по меньшей мере с одним из сигналов модуляции с фазовым сдвигом и входным током, выполненный с возможностью преобразования входного тока в первый переменный ток; трансформатор 122, 124, 132, 134 соединенный с полномостовым преобразователем 128, 126, 138, 136 и выполненный с возможностью преобразования первого напряжения первого переменного тока во второе напряжение второго переменного тока; и выпрямитель 152, 154, 156, 156 соединенный с трансформатором 122, 124, 132, 134 и выполненный с возможностью преобразования второго переменного тока в выходной постоянный ток. Еще в одном варианте, способ дополнительно включает в себя низкочастотную фильтрацию выходного сигнала по меньшей мере одного преобразователя напряжения 100, 202-216. Еще в одном варианте способ дополнительно включает в себя регулирование уровня выходного напряжения посредством модуляции с фазовым сдвигом указанных сигналов модуляции с фазовым сдвигом. В одном варианте, способ дополнительно включает в себя регулирование выходного тока и выходного напряжения посредством отключения по меньшей мере одного преобразователя напряжения 100, 202-216.
В одном аспекте изобретения предложена система преобразования напряжения, содержащая: модуль управления, выполненный с возможностью: создания нескольких сигналов модуляции с фазовым сдвигом; и чередования указанных сигналов с возможностью создания перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом; и несколько преобразователей напряжения 100, 202-216, управляемых посредством перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом и выполненных с возможностью преобразования входного тока при входном напряжении в выходной ток при выходном напряжении. Один пример отличается тем, что модуль управления дополнительно выполнен с возможностью конфигурирования перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом для уменьшения пульсации входного тока. Еще один пример отличается тем, что модуль управления дополнительно выполнен с возможностью конфигурирования перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом для уменьшения пульсации выходного напряжения. Один из вариантов отличается тем, что модуль управления дополнительно выполнен с возможностью конфигурирования перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом для регулирования выходного тока и напряжения посредством отключения по меньшей мере одного преобразователя напряжения 100, 202-216.
Один из вариантов отличается тем, что каждый преобразователь напряжения 100, 202-216 включает в себя: полномостовой преобразователь, соединенный по меньшей мере с одним сигналом модуляции с фазовым сдвигом и входным током, и выполнен с возможностью преобразования входного тока в первый переменный ток; трансформатор 122, 124, 132, 134 соединен с полномостовым преобразователем 128, 126, 138, 136 и выполнен с возможностью преобразования первого напряжения первого переменного тока во второе напряжение второго переменного тока; и выпрямитель соединен с трансформатором 122, 124, 132, 134 и выполнен с возможностью преобразования второго переменного тока в выходной постоянный ток. Еще в одном варианте, система может дополнительно включать в себя низкочастотный фильтр, соединенный с выводом по меньшей мере одного из преобразователей напряжения 100, 202-216, и выполненный с возможностью низкочастотной фильтрации выходного сигнала.
В одном варианте, система отличается тем, что включает в себя выходы преобразователей напряжения 100, 202-216, соединенные последовательно. Еще в одном аспекте изобретения предложен способ создания системы преобразования напряжения, согласно которому: берут модуль управления, выполненный с возможностью: создания нескольких сигналов модуляции с фазовым сдвигом; и чередования указанных сигналов для создания перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом; и берут несколько преобразователей напряжения 100, 202-216, управляемых посредством перемежающихся сигналов модуляции с фазовым сдвигом и выполненных с возможностью преобразования входного тока при входном напряжении в выходной ток при выходном напряжении.
В одном примере реализации изобретения предложен способ, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя этап, согласно которому берут преобразователи напряжения 100, 202-216 и дополнительно: берут полномостовой преобразователь 128, 126, 138, 136, связанный, по меньшей мере, с одним сигналом модуляции с фазовым сдвигом и входным током, и выполненный с возможностью преобразования входного тока в первый переменный ток; берут трансформатор 122, 124, 132, 134, соединенный с полномостовым преобразователем 128, 126, 138, 136 и выполненным с возможностью преобразования первого напряжения первого переменного тока во второе напряжение второго переменного тока; и берут выпрямитель, соединенный с трансформатором 122, 124, 132, 134 и выполненный с возможностью преобразования второго переменного тока в выходной постоянный ток. В одном варианте, способ дополнительно включает в себя этап, согласно которому берут низкочастотный фильтр, соединенный с выводом по меньшей мере одного преобразователя напряжения 100, 202-216, и выполненный с возможностью низкочастотной фильтрации выходного сигнала.
Еще в одном варианте способ включает в себя этап, согласно которому выходы преобразователей напряжения 100, 202-216 соединяют последовательно.
Помимо случаев, когда прямо установлено иное, термины и фразы, используемые в настоящем описании, а также их разновидности, должны считаться допускающими изменения, в отличие от терминов и фраз, имеющих ограничительный характер. Примерами вышесказанного может служить следующее: под термином "включающий в себя" необходимо понимать как " включая, в том числе" или что-либо подобное; термин "пример" использован при рассмотрении иллюстративных примеров обсуждаемого признака и не подразумевает полный и исчерпывающий их перечень; а прилагательные "обычный", "общепринятый", "типовой", "штатный", "известный" и термины, имеющие подобное значение, не должны носить ограничительный характер в части обсуждаемого предмета в данный период времени, наоборот, они должны быть рассмотрены, как охватывающие обычные, общепринятые, типовые, или стандартные технологии, существующие или известные в настоящее время или в любой момент в будущем.
Аналогично, группу признаков, связанную между собой союзом "И", не следует рассматривать как требование наличия любого и каждого из признаков в указанной группе, скорее, если не указано иное, под союзом "И" следует понимать "И\ИЛИ".
Подобным образом группу признаков, связанных между собой союзом "или", не следует рассматривать как требование взаимоисключаемости признаков в группе, скорее, если не указано иное, под союзом "ИЛИ" следует понимать "И/ИЛИ". Кроме того, несмотря на то, что признаки, элементы или детали изобретения могут быть описаны или заявлены в единственном числе, применение их в большем количестве предусматривает подпадание под объем притязаний, за исключением случаев, когда использование в единственном числе считается ограничительным признаком. Наличие в некоторых случаях слов и фраз, расширяющих пределы охраны изобретения, например, "один или более" "по меньшей мере", "помимо прочего" или других, при отсутствии их в других случаях не должно подразумевать сужение объема притязаний настоящего изобретения.
В данном контексте, если прямо не заявлено иначе, термин "выполненный с возможностью" подразумевает "способный к использованию, эффективный в работе или готовый к использованию или эксплуатации, используемый для конкретной цели, и способный к выполнению заявленной или требуемой функции". Что касается систем и устройств, термин "выполненный с возможностью" подразумевает, что система, и/или устройство полностью функциональны и поверены, содержат элементы для выполнения заданной функции, и в активированном состоянии удовлетворяют требованиям эксплуатационной пригодности.
Что касается систем и схем, термин "выполненный с возможностью" подразумевает, что система и/или схема полностью функциональны и поверены, содержат логические элементы для выполнения заданной функции, и в активированном состоянии удовлетворяют требованиям эксплуатации.