[發明專利]用于電壓調節的雙向轉換器電壓受控的電流源

有效

• 申請號: 201210111700.9
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN102739038B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: R·M·馬蒂內利
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: H02M3/00
• 分類號: H02M3/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本公開的實施例一般涉及電壓轉換器系統。更具體地，本公開的實施例涉及電壓轉換器系統的控制。

背景技術

電壓轉換器通常是功率轉換器類電子電路，其將電流源從一個電壓水平轉換為另一個電壓水平。電壓轉換器在從電源供應功率的各種應用中是重要的，電源例如但不限于衛星、航天器、汽車、如蜂窩電話和膝上型計算機的便攜式電子裝置或其他電源。這類應用通常包含多個子電路，每個子電路自身的電壓水平都與電源供應的不同。電壓水平可能高于或低于電源的電壓。

增壓/升壓轉換器是輸出電壓大于輸入電壓的電壓轉換器。減壓/降壓轉換器是輸出電壓低于輸入電壓的電壓轉換器。雙向電壓轉換器可將處于第一電壓的第一電氣總線(如，耦連到電池的電氣總線)的電流傳遞給在第二電壓的第二電氣總線(如負載)，反之，將在第二電壓的第二電氣總線的電流傳遞給在第一電壓的第一電氣總線。

電子電路設計中使用的總線穩定化方法可包括具有基礎單元的系統，每個基礎單元分別以交錯的設置點(set-point)被穩定化。當中央放大器在整個操作范圍內變化時，這些交錯的設置點可能發生模式轉換。操作模式之間的差距可能導致總線瞬態(bus transient)，這些總線瞬態在受到連續負載瞬態影響時會在總線上產生例如大的低頻紋波。當控制從中央放大器的一種模式轉換到另一種模式時，總線阻抗可能很高。而且在某些情形中，總線上將持續存在有限振幅的振蕩，直到電流源的容量增加或負載變化。由電容器和電感器構成的濾波器通常加入電壓轉換器的輸入和/或輸出，以減小由例如瞬態、振蕩或其他原因引起的電壓紋波。

發明內容

本發明公開了雙向轉換器電壓受控的電流系統和方法。雙向轉換器根據可變占空比控制信號提供雙向電流到電氣總線。而且，雙向電流傳感器感測雙向電流以提供與轉換器電流成比例的傳感器電壓信號。而且，可變占空比控制器基于誤差信號控制可變占空比控制信號的占空比以控制電氣總線的電壓。

通過這種方式，本公開的實施例提供雙向轉換器電壓受控的電流源用于穩定化雙向轉換器的控制回路。雙向轉換器電壓受控的電流系統的傳遞函數被簡化為基本等同于電壓受控的電流源。當雙向轉換器用于功率流入并流出耦連到電氣總線的各種源的控制系統(如航天器)中時，簡化傳遞函數會徹底簡化控制系統。

該系統的優點包括，例如但不限于，相似模塊的電流共享；從第一型調節器(如，太陽能板調節器系統)到第二型調節器系統(如，電池充電/放電控制系統)的輕松轉變；簡化的控制回路穩定化，因為所有轉換器都向電氣總線的電容(例如航天器負載)提供電壓受控的電流；以及其他優點。雙向轉換器電壓受控的電流源系統形成電力系統的高度通用的構建模塊(building block)。

在一個實施例中，雙向轉換器電壓受控的電流系統包括雙向轉換器、雙向電流傳感器以及可變占空比控制器。雙向轉換器根據可變占空比控制信號提供雙向電流給電氣總線。雙向電流傳感器感測雙向電流以提供與雙向電流成比例的傳感器電壓信號。可變占空比控制器基于誤差信號控制可變占空比控制信號的占空比以控制電氣總線的電壓。

在另一實施例中，雙向轉換器電壓受控的電流系統的電壓受控方法使用可變占空比控制信號控制雙向轉換器。該方法進一步使用雙向電流傳感器感測雙向轉換器中的轉換器電流以提供與轉換器電流成比例的傳感器電壓信號。該控制方法進一步基于電壓誤差信號控制可變占空比控制信號的占空比。

在又一實施例中，提供雙向轉換器電壓受控的電流源的方法提供可操作用于根據可變占空比控制信號提供轉換器電流給電氣總線的雙向轉換器。該方法進一步提供可操作用于感測轉換器電流以提供與轉換器電流成比例的傳感器電壓信號的雙向電流傳感器。該方法進一步提供可變占空比控制器，其可操作用于基于誤差信號控制可變占空比控制信號的占空比以控制電氣總線的電壓。

本公開的各實施例通過控制可變占空比控制器的轉換頻率提供可變占空比控制信號以在基本極端的占空比條件下優化性能。

本公開的各實施例通過控制提供可變占空比控制信號的紋波調節器可變占空比控制器的滯后減小占空比。

本公開的各實施例提供雙向轉換器電壓受控的電流源，其提供可操作用于根據可變占空比控制信號提供轉換器電流到電氣總線的雙向轉換器。

本公開的各實施例提供雙向電流傳感器，其可操作用于感測轉換器電流以提供與轉換器電流成比例的傳感器電壓信號；并提供可變占空比控制器，其可操作用于基于誤差信號控制可變占空比控制信號的占空比以控制電氣總線的電壓。