專利名稱：用于功率轉(zhuǎn)換的設(shè)備和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及功率電子系統(tǒng)，更特別地涉及對(duì)功率電子系統(tǒng)內(nèi)功率轉(zhuǎn)換的控制。
背景技術(shù)：
在功率電子系統(tǒng)中，功率轉(zhuǎn)換過程可包括將來自源的功率轉(zhuǎn)換成負(fù)載功率，并向負(fù)載供應(yīng)該負(fù)載功率。在一個(gè)示例中，DC鏈路或電壓總線可向與其耦合的負(fù)載供應(yīng)該負(fù)載功率，例如將DC/DC轉(zhuǎn)換器連接到DC/AC逆變器或其它DC能量源/能量吸收裝置等。在示例性系統(tǒng)中，混合動(dòng)力電動(dòng)車輛可采用一個(gè)或多個(gè)公共的DC鏈路，其耦合于可用能源，例如，電池、電容器、飛輪、內(nèi)燃機(jī)、燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)或其類似物。該一個(gè)或多個(gè)公共的DC鏈路的DC鏈路電壓應(yīng)該保持在限定的工作范圍內(nèi)。由于效率優(yōu)化的緣故，此工作范圍可以根據(jù)牽引逆變器上的實(shí)際負(fù)載而改變。在其它情況下，可優(yōu)選使DC鏈路電壓為常數(shù)值。一種用來保持期望的DC鏈路電壓的方法是準(zhǔn)確地平衡引導(dǎo)進(jìn)入DC鏈路和從DC 鏈路輸出的功率命令，使得DC鏈路內(nèi)的能量保持恒定。該策略牽涉將所有牽涉的轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)以及可能在監(jiān)控器內(nèi)顯現(xiàn)的任何通信延遲/采樣率限制考慮在內(nèi)。然而，測(cè)量誤差(例如噪聲、偏移)、未知的動(dòng)態(tài)(例如，由于功率轉(zhuǎn)換中的非線性度導(dǎo)致的那些等)和由監(jiān)控器引起的通信時(shí)延以及采樣和保持延遲可限制進(jìn)入DC鏈路和從DC鏈路出來的功率的準(zhǔn)確平衡。典型地，DC鏈路配備有一個(gè)或多個(gè)電容裝置(例如，電池或超電容器)，其提供相當(dāng)大的電容來濾波由電流波動(dòng)產(chǎn)生的電壓波動(dòng)，并且一旦存在流入和流出DC鏈路的功率的高頻錯(cuò)配或失衡則緩沖能量。該相當(dāng)大的電容有助于緩沖能量以防止功率轉(zhuǎn)換的隨后或新的功率命令/需求之間的DC鏈路電壓的下降/上升，該電壓下降/上升可能是由于進(jìn)入 DC鏈路和從DC鏈路出來的功率之間的失衡所導(dǎo)致的。例如，在DC鏈路上的電壓相比功率失衡緩慢地變化的情況下，可使用大電容器。使用大電容器，監(jiān)控器能夠平衡DC鏈路上的電壓。然而，這些大電容DC鏈路電容器往往是實(shí)體上較大的部件，其具有可觀的尺寸和重量，這尤其對(duì)于例如在混合動(dòng)力電動(dòng)車輛應(yīng)用中等移動(dòng)應(yīng)用可能是不利的。另外，這些電容器對(duì)使用這些電容器的系統(tǒng)/應(yīng)用增加額外的成本。因此，提供用于控制功率轉(zhuǎn)換的設(shè)備和系統(tǒng)，其減小功率轉(zhuǎn)換DC鏈路上用來緩沖能量的電容器的電容、尺寸和重量。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種設(shè)備包括DC鏈路、耦合于該DC鏈路的負(fù)載，以及能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括第一能量存儲(chǔ)裝置、耦合于該第一能量存儲(chǔ)裝置且耦合于該DC鏈路的第一電壓轉(zhuǎn)換器、耦合于該DC鏈路且耦合于該第一電壓轉(zhuǎn)換器的第一總線電壓控制器，以及耦合于該第一電壓轉(zhuǎn)換器且耦合于該第一總線電壓控制器的監(jiān)控器。該第一電壓轉(zhuǎn)換器配置成基于命令信號(hào)并且基于第一調(diào)節(jié)信號(hào)將來自該第一能量存儲(chǔ)裝置的第一 DC電壓轉(zhuǎn)換成第二 DC電壓，并且向該DC鏈路供應(yīng)該第二 DC電壓。該第一總線電壓控制器配置成基于該命令信號(hào)并且基于該DC鏈路的測(cè)量電壓迭代計(jì)算該第一調(diào)節(jié)信號(hào)， 并且向該第一電壓轉(zhuǎn)換器傳送對(duì)該第一調(diào)節(jié)信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算。該監(jiān)控器配置成基于該負(fù)載并且基于該負(fù)載的期望DC鏈路電壓迭代計(jì)算該命令信號(hào)，并且向該第一電壓轉(zhuǎn)換器和該第一總線電壓控制器傳送該命令信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算。該第一總線電壓控制器用來傳送該第一調(diào)節(jié)信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算的頻率高于該監(jiān)控器用來傳送該命令信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算的頻率。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種設(shè)備包括電壓總線、耦合于該電壓總線的負(fù)載，以及耦合于該電壓總線且耦合于能量存儲(chǔ)裝置的電壓轉(zhuǎn)換器。該電壓轉(zhuǎn)換器配置成將來自該能量存儲(chǔ)裝置的能量轉(zhuǎn)換成電壓總線電壓。該設(shè)備還包括監(jiān)控器，其耦合于該電壓總線和該電壓轉(zhuǎn)換器。該監(jiān)控器程序化成基于該負(fù)載迭代地確定期望的電壓總線電壓，并且基于該期望的電壓總線電壓迭代地計(jì)算控制信號(hào)，該控制信號(hào)配置成促使該電壓轉(zhuǎn)換器將來自該能量存儲(chǔ)裝置的該能量轉(zhuǎn)換成該電壓總線電壓。該設(shè)備進(jìn)一步包括電壓總線控制器，其耦合于該電壓總線、耦合于該電壓轉(zhuǎn)換器以及耦合于該監(jiān)控器。該電壓總線控制器程序化成接收來自該電壓總線的電壓反饋，接收來自該監(jiān)控器的該控制信號(hào)，并且基于該控制信號(hào)計(jì)算該期望的電壓總線電壓。該電壓總線控制器還程序化成確定該電壓反饋是否在該期望的電壓總線電壓的閾值內(nèi)以及該電壓反饋是否在該期望的電壓總線電壓的該閾值外，基于該電壓反饋并且基于該期望的電壓總線電壓計(jì)算調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，該調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)配置成促使該電壓轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)來自該能量存儲(chǔ)裝置的能量的轉(zhuǎn)換，使得該電壓總線電壓上的電壓處于該閾值內(nèi)。該電壓總線控制器用來接收該電壓反饋和計(jì)算該調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的帶寬高于該監(jiān)控器用來迭代地接收該電壓反饋和計(jì)算該控制信號(hào)的帶寬。根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，一種系統(tǒng)包括DC鏈路、耦合于該DC鏈路并且配置成將來自該DC鏈路的DC電壓轉(zhuǎn)換成第一 AC電壓的電壓逆變器、耦合于該電壓逆變器并且配置成將該第一 AC電壓轉(zhuǎn)換成機(jī)械輸出的機(jī)電裝置，以及能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括配置成存儲(chǔ)DC能量的多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置、多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器、耦合于該多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器的功率管理控制器，以及第一 DC鏈路電壓控制器，該第一 DC鏈路電壓控制器耦合于該多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器中的第一電壓轉(zhuǎn)換器且耦合于該功率管理控制器。每個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器耦合于相應(yīng)的能量存儲(chǔ)裝置，并且配置成基于設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，將來自該相應(yīng)的能量存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換成DC供應(yīng)電壓，并且向該DC鏈路供應(yīng)該DC供應(yīng)電壓。該功率管理控制器耦合于該多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，并且配置成基于該DC鏈路的目標(biāo)電壓迭代地計(jì)算該設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，并且迭代地將該設(shè)定點(diǎn)信號(hào)供應(yīng)給該多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器。該第一 DC鏈路電壓控制器配置成基于該設(shè)定點(diǎn)信號(hào)迭代地確定該目標(biāo)電壓，基于該目標(biāo)電壓與該DC供應(yīng)電壓之間的差異迭代地計(jì)算第一調(diào)節(jié)信號(hào)，并且迭代地將該第一調(diào)節(jié)信號(hào)供應(yīng)給該第一電壓轉(zhuǎn)換器，其中該第一電壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步配置成基于該第一調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)換該存儲(chǔ)電壓。該功率管理控制器用來迭代地計(jì)算該設(shè)定點(diǎn)信號(hào)和向該多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器供應(yīng)該設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的頻率低于該第一 DC鏈路電壓控制器用來計(jì)算該第一調(diào)節(jié)信號(hào)和向該第一電壓轉(zhuǎn)換器供應(yīng)該第一調(diào)節(jié)信號(hào)的頻率。各種其它的特征和優(yōu)勢(shì)將從以下的詳細(xì)描述和附圖中變得明顯。


附示目前預(yù)想用于實(shí)行本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的功率電子系統(tǒng)的示意框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的功率電子系統(tǒng)的示意框圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的功率電子系統(tǒng)的示意框圖。
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的功率電子系統(tǒng)10的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的示意框圖。功率電子系統(tǒng)10包括監(jiān)控器12，其耦合于多個(gè)DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14、16、18。DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器 14-18耦合于多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置20、22、對(duì)。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)能量存儲(chǔ)裝置2014可以是功率電池、飛輪系統(tǒng)、燃料電池、超電容器或其類似物。雖然顯示了三對(duì)DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器/能量存儲(chǔ)裝置，但是本發(fā)明的實(shí)施例并不局限于此，而預(yù)想了或多于或少于所示DC-DC 電壓轉(zhuǎn)換器和能量存儲(chǔ)裝置的數(shù)量的DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器和能量存儲(chǔ)裝置。DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14-18還耦合于DC鏈路或電壓總線沈，其向DC-AC逆變器觀或其它負(fù)載供應(yīng)來自DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14-18的電壓或能量。在一個(gè)實(shí)施例中，使DC鏈路 26上的DC電壓或能量逆變成AC電壓或能量的DC-AC逆變器觀耦合于機(jī)電裝置或馬達(dá)30 來電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)30，該馬達(dá)30機(jī)械地驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力電動(dòng)車輛或純電動(dòng)車輛的車輪32?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)車輛除了電動(dòng)馬達(dá)30和能量存儲(chǔ)裝置20-M之外還可結(jié)合內(nèi)燃機(jī)(未顯示)來推進(jìn)車輛。這樣的組合可通過使該內(nèi)燃機(jī)和該電動(dòng)馬達(dá)30每個(gè)在相應(yīng)增加的效率范圍內(nèi)運(yùn)行來增加整體燃料效率。例如，電動(dòng)馬達(dá)可在從靜止起步加速時(shí)是高效的，而內(nèi)燃機(jī)可在恒定的引擎運(yùn)行持續(xù)期期間是高效的，例如在公路駕駛時(shí)等。利用電動(dòng)馬達(dá)來助推初始加速允許混合動(dòng)力車輛中的內(nèi)燃機(jī)更小且具有更大的燃料效率。純電動(dòng)車輛使用存儲(chǔ)的電能為例如機(jī)電裝置30等電動(dòng)馬達(dá)供電，其推進(jìn)車輛而且還可運(yùn)行輔助的驅(qū)動(dòng)。純電動(dòng)車輛可使用一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)的電能源，例如能量存儲(chǔ)裝置 20-M等。例如，第一存儲(chǔ)電能源可用來提供更持久的能量，而第二存儲(chǔ)電能源可以用來提供更高功率能量，例如用于加速。在另一個(gè)實(shí)施例中，功率電子系統(tǒng)10可以是非車輛系統(tǒng)，并且可耦合馬達(dá)30來機(jī)械地驅(qū)動(dòng)軸以進(jìn)行工作。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，監(jiān)控器12基于例如DC-AC逆變器28和馬達(dá)30等負(fù)載的功率需求來確定DC鏈路沈的目標(biāo)或期望電壓。例如，基于馬達(dá)30的給定速度和負(fù)載，監(jiān)控器12 計(jì)算系統(tǒng)的效率優(yōu)化?；谠撚?jì)算，監(jiān)控器12計(jì)算命令或功率設(shè)定點(diǎn)控制信號(hào)，并向DC-DC 電壓轉(zhuǎn)換器14-18發(fā)送該命令信號(hào)。計(jì)算該命令信號(hào)以促使DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14-18將能量存儲(chǔ)裝置20-24內(nèi)存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)換成基本上與該目標(biāo)電壓匹配的電壓。監(jiān)控器12配置成迭代地更新對(duì)該命令信號(hào)的計(jì)算，并且向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14-18供應(yīng)該更新后的命令信號(hào)計(jì)算，來解決馬達(dá)30的速度和負(fù)載需求。耦合于DC鏈路沈的電壓測(cè)量裝置34提供電壓測(cè)量反饋信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中， 該電壓測(cè)量反饋信號(hào)表示DC鏈路沈上的平均電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓測(cè)量裝置34向監(jiān)控器12提供該電壓測(cè)量反饋信號(hào)。使用該電壓測(cè)量反饋信號(hào)，監(jiān)控器12確定DC鏈路沈上的電壓是否與目標(biāo)電壓匹配，或是否在目標(biāo)電壓的給定閾值內(nèi)。例如，監(jiān)控器12可找到 DC鏈路沈上的電壓與目標(biāo)電壓之間的差異。如果DC鏈路沈上的電壓沒有基本上與目標(biāo)電壓匹配，或如果DC鏈路沈上的電壓與目標(biāo)電壓之間的差異大于閾值，監(jiān)控器12重新計(jì)算控制信號(hào)，以促使DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14-18調(diào)節(jié)電壓，使得DC鏈路沈上的電壓基本上與目標(biāo)電壓匹配或是在目標(biāo)電壓的閾值內(nèi)。功率電子系統(tǒng)10還包括耦合于監(jiān)控器12的DC鏈路電壓控制器36。DC鏈路電壓控制器36接收來自監(jiān)控器12的命令信號(hào)，并從中確定目標(biāo)或期望的DC鏈路電壓。DC鏈路電壓控制器36還耦合于電壓測(cè)量裝置34，用于接收來自電壓測(cè)量裝置34的電壓測(cè)量反饋信號(hào)。使用該電壓測(cè)量反饋信號(hào)，DC鏈路電壓控制器36確定DC鏈路沈上的電壓是否與目標(biāo)電壓匹配或是在目標(biāo)電壓的給定閾值內(nèi)。例如，DC鏈路電壓控制器36可找到DC鏈路沈上的電壓和目標(biāo)電壓之間的差異。如果DC鏈路沈上的電壓沒有基本上與目標(biāo)電壓匹配或如果DC鏈路沈上的電壓與目標(biāo)電壓之間的差異大于閾值，DC鏈路電壓控制器36計(jì)算調(diào)節(jié)或調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)。DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14耦合于DC鏈路電壓控制器36，并且配置或程序化成基于來自監(jiān)控器12的命令信號(hào)以及基于來自DC鏈路電壓控制器36的調(diào)節(jié)信號(hào)，轉(zhuǎn)換來自能量存儲(chǔ)裝置20的能量。因此，DC鏈路電壓控制器36向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14發(fā)送調(diào)節(jié)信號(hào)，以促使DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14調(diào)節(jié)要被轉(zhuǎn)換的電壓，使得DC鏈路沈上的電壓基本上與目標(biāo)電壓匹配或在目標(biāo)電壓的閾值內(nèi)。DC鏈路電壓控制器36配置成迭代地更新對(duì)調(diào)節(jié)信號(hào)的計(jì)算，并且向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14供應(yīng)該更新后的調(diào)節(jié)信號(hào)，來解決進(jìn)入或從DC鏈路沈出來的功率之間的任何失衡。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，DC鏈路電壓控制器36具有比監(jiān)控器12更高的帶寬。艮口， DC鏈路電壓控制器36用來迭代地更新對(duì)調(diào)節(jié)信號(hào)的計(jì)算和向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14供應(yīng)該更新后的調(diào)節(jié)信號(hào)的頻率比監(jiān)控器12用來迭代地更新對(duì)命令信號(hào)的計(jì)算和向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14-18供應(yīng)該更新后的命令信號(hào)計(jì)算的頻率更快或更高。DC鏈路電壓控制器36的更高帶寬控制從而減少了在與DC鏈路的反饋回路中的通信的時(shí)延。例如電池、電容器或超電容器等電容裝置38可耦合于DC鏈路沈，來減少隨后或新的功率命令/需求之間的DC鏈路電壓的下降或上升或?yàn)V波DC鏈路沈上的電壓波動(dòng)或緩沖DC鏈路沈上的能量。DC-DC 電壓轉(zhuǎn)換器14、電壓測(cè)量裝置34和DC鏈路電壓控制器36的反饋回路的高帶寬允許電容裝置38的減少的電容要求，并且從而允許減小的電容器尺寸和重量。DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14相似地具有比監(jiān)控器12更高的帶寬。在一個(gè)實(shí)施例中，DC-DC 電壓轉(zhuǎn)換器14的帶寬基本上與DC鏈路電壓控制器36的帶寬匹配。能量存儲(chǔ)裝置20能夠快速讀取或以微周期循環(huán)，這也是優(yōu)選的。圖1進(jìn)一步圖示多個(gè)電壓測(cè)量裝置40、42、44，其耦合于監(jiān)控器12，并且配置成測(cè)量能量存儲(chǔ)裝置20-M的電壓或充電狀態(tài)。該測(cè)量的電壓可指示能量存儲(chǔ)裝置20-M的功率和能量的可用性。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，監(jiān)控器12可配置或程序化成隨著時(shí)間接收和監(jiān)測(cè)該測(cè)量的電壓。監(jiān)控器12可使用該測(cè)量的電壓來計(jì)算到DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14-18的命令信號(hào)，使得優(yōu)化能量存儲(chǔ)裝置20-24的運(yùn)行壽命期和/或短期操作。圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的功率電子系統(tǒng)10的示意框圖。如圖2中示出的，功率電子系統(tǒng)10包括耦合于第二 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16的第二 DC鏈路電壓控制器46以及耦合于第三DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器18的第三DC鏈路電壓控制器48。雖然圖2中的實(shí)施例示出DC鏈路電壓控制器耦合于每個(gè)DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器，但是本發(fā)明的實(shí)施例可包括少于電壓轉(zhuǎn)換器數(shù)量的電壓控制器。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可包括兩個(gè)DC鏈路電壓控制器以及三對(duì)或更多對(duì)DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器和能量存儲(chǔ)裝置。相似于DC鏈路電壓控制器36，DC鏈路電壓控制器46、48耦合于監(jiān)控器12，并且接收來自監(jiān)控器12的命令信號(hào)，并且從中確定目標(biāo)或期望的DC鏈路電壓。DC鏈路電壓控制器46、48還耦合于電壓測(cè)量裝置34，用于接收電壓測(cè)量反饋信號(hào)。使用電壓測(cè)量反饋信號(hào)，DC鏈路電壓控制器46、48確定DC鏈路沈上的電壓是否與目標(biāo)電壓匹配或在目標(biāo)電壓的給定閾值內(nèi)。例如，DC鏈路電壓控制器46、48可找到DC鏈路沈上的電壓與目標(biāo)電壓之間的差異。如果DC鏈路沈上的電壓沒有基本上與目標(biāo)電壓匹配或如果DC鏈路沈上的電壓與目標(biāo)電壓之間的差異大于閾值，DC鏈路電壓控制器46、48計(jì)算相應(yīng)的調(diào)節(jié)或調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)。DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16、18分別耦合于DC鏈路電壓控制器46、48，并且配置或程序化成基于來自監(jiān)控器12的命令信號(hào)以及基于來自DC鏈路電壓控制器46、48的相應(yīng)調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)換來自能量存儲(chǔ)裝置22、24的能量。因此，DC鏈路電壓控制器46、48向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16、18發(fā)送相應(yīng)調(diào)節(jié)信號(hào)，以促使DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16、18調(diào)節(jié)它們相應(yīng)的轉(zhuǎn)換的電壓，使得DC鏈路沈上的電壓基本上與目標(biāo)電壓匹配或在目標(biāo)電壓的閾值內(nèi)。DC鏈路電壓控制器46、48配置成迭代地更新對(duì)相應(yīng)調(diào)節(jié)信號(hào)的計(jì)算，并且向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16、18 供應(yīng)該相應(yīng)的更新后的調(diào)節(jié)信號(hào)，來解決進(jìn)入和從DC鏈路沈出來的功率之間的任何失衡。DC鏈路電壓控制器46、48具有比監(jiān)控器12更高的帶寬。S卩，DC鏈路電壓控制器 46,48用來迭代地更新對(duì)相應(yīng)調(diào)節(jié)信號(hào)的計(jì)算和向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16、18供應(yīng)該更新后的調(diào)節(jié)信號(hào)的頻率比監(jiān)控器12用來迭代地更新對(duì)命令信號(hào)的計(jì)算和向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器 14-18供應(yīng)該更新后的命令信號(hào)計(jì)算的頻率更快或更高。DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16、18相似地具有相對(duì)于監(jiān)控器12更高的帶寬。此外，能量存儲(chǔ)裝置22、M能夠快速讀取和以微周期循環(huán)，這也是優(yōu)選的。DC鏈路電壓控制器36、46_48可配置或程序化成基于獨(dú)立的閾值水平計(jì)算或修改它們相應(yīng)的調(diào)節(jié)信號(hào)。例如，DC鏈路電壓控制器36可配置成對(duì)于DC鏈路/目標(biāo)電壓之間高于第一閾值的差異調(diào)節(jié)DC鏈路沈上的電壓。DC鏈路電壓控制器46可配置成對(duì)于DC鏈路/目標(biāo)電壓之間低于第一閾值但高于第二閾值的差異調(diào)節(jié)DC鏈路沈上的電壓，而DC鏈路電壓控制器48可配置成對(duì)于DC鏈路/目標(biāo)電壓之間低于第二閾值的差異調(diào)節(jié)DC鏈路 26上的電壓。DC鏈路電壓控制器36、46-48從而可設(shè)計(jì)成對(duì)于它們相應(yīng)的范圍或閾值水平提供最佳的DC鏈路沈的電壓水平調(diào)節(jié)。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的功率電子系統(tǒng)10的示意框圖。如在圖3中示出的，DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)通信線路50耦合于DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16、18 中的一個(gè)或多個(gè)。DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16、18配置或程序化成基于來自監(jiān)控器12的命令信號(hào)以及基于來自DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14的調(diào)節(jié)或調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)換來自相應(yīng)能量存儲(chǔ)裝置 22、24的能量。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14被配置或程序化成接收來自DC鏈路電壓控制器36的調(diào)節(jié)信號(hào)，并且從命令信號(hào)并且從調(diào)節(jié)信號(hào)確定DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14的總期望輸出電壓。DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14然后確定它的輸出容量或能力來提供該總期望輸出電壓。 如果DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14確定它可以提供該總期望輸出電壓，那么DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14 供應(yīng)該總期望輸出電壓。然而，如果DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14確定它不能提供該總期望輸出電壓，DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14確定它可以提供的輸出電壓與該總期望輸出電壓之間的差異。DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14然后計(jì)算并向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16、18中任何一個(gè)或它們兩個(gè)發(fā)送調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)。由DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14計(jì)算的該調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)配置成促使 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16、18中任何一個(gè)或它們兩個(gè)轉(zhuǎn)換并供應(yīng)電壓來至少彌補(bǔ)DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14可以提供的輸出電壓與總期望輸出電壓之間的差異。DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16、18還可以是高帶寬轉(zhuǎn)換器，并且可放置在與DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14相同的硬件或控制板上。在一個(gè)實(shí)施例中，DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16、18用相似或相同的調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)來控制。在另一個(gè)實(shí)施例中，DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14可配置成基于一個(gè)或多個(gè)閾值水平來計(jì)算調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，使得DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器分別根據(jù)相應(yīng)的第一和第二調(diào)節(jié)范圍來提供增加的電壓。例如，根據(jù)該第二調(diào)節(jié)范圍，可促使DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器18增加或減少它的電壓輸出的量比根據(jù)該第一調(diào)節(jié)范圍的DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16的要更小或更低。照這樣，可控制 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器16來解決DC鏈路沈上的大電壓差異，而可控制DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器18來解決DC鏈路上的小電壓差異。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器14可程序化成處理大或小的電壓調(diào)節(jié)，同時(shí)計(jì)算調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)來促使DC電壓轉(zhuǎn)換器16例如處理小或大的調(diào)節(jié)。本發(fā)明的實(shí)施例從而允許對(duì)目標(biāo)DC鏈路電壓與實(shí)際DC鏈路電壓之間的DC鏈路電壓變化進(jìn)行高帶寬或高頻控制。照這樣，可減小DC鏈路電容器的尺寸和重量，從而提供更高的運(yùn)行效率，以及提供減小的尺寸、重量和成本約束。公開的設(shè)備的技術(shù)貢獻(xiàn)在于它提供了一種用于控制功率電子系統(tǒng)中的功率轉(zhuǎn)換的控制器實(shí)現(xiàn)技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種設(shè)備包括DC鏈路、耦合于該DC鏈路的負(fù)載，以及能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括第一能量存儲(chǔ)裝置、耦合于該第一能量存儲(chǔ)裝置且耦合于該DC鏈路的第一電壓轉(zhuǎn)換器、耦合于該DC鏈路且耦合于該第一電壓轉(zhuǎn)換器的第一總線電壓控制器，以及耦合于該第一電壓轉(zhuǎn)換器且耦合于該第一總線電壓控制器的監(jiān)控器。 該第一電壓轉(zhuǎn)換器配置成基于命令信號(hào)并且基于第一調(diào)節(jié)信號(hào)將來自該第一能量存儲(chǔ)裝置的第一 DC電壓轉(zhuǎn)換成第二 DC電壓，并且向該DC鏈路供應(yīng)該第二 DC電壓。該第一總線電壓控制器配置成基于該命令信號(hào)并且基于該DC鏈路的測(cè)量電壓迭代計(jì)算該第一調(diào)節(jié)信號(hào)，并且向該第一電壓轉(zhuǎn)換器傳送對(duì)該第一調(diào)節(jié)信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算。該監(jiān)控器配置成基于該負(fù)載并且基于該負(fù)載的期望DC鏈路電壓迭代計(jì)算該命令信號(hào)，并且向該第一電壓轉(zhuǎn)換器和該第一總線電壓控制器傳送該命令信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算。該第一總線電壓控制器用來傳送該第一調(diào)節(jié)信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算的頻率高于該監(jiān)控器用來傳送該命令信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算的頻率。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種設(shè)備包括電壓總線、耦合于該電壓總線的負(fù)載， 以及耦合于該電壓總線且耦合于能量存儲(chǔ)裝置的電壓轉(zhuǎn)換器。該電壓轉(zhuǎn)換器配置成將來自該能量存儲(chǔ)裝置的能量轉(zhuǎn)換成電壓總線電壓。該設(shè)備還包括監(jiān)控器，其耦合于該電壓總線和該電壓轉(zhuǎn)換器。該監(jiān)控器程序化成基于該負(fù)載迭代地確定期望的電壓總線電壓，并且基于該期望的電壓總線電壓迭代地計(jì)算控制信號(hào)，該控制信號(hào)配置成促使該電壓轉(zhuǎn)換器將來自該能量存儲(chǔ)裝置的該能量轉(zhuǎn)換成該電壓總線電壓。該設(shè)備進(jìn)一步包括電壓總線控制器， 其耦合于該電壓總線、該電壓轉(zhuǎn)換器和該監(jiān)控器。該電壓總線控制器程序化成接收來自該電壓總線的電壓反饋，接收來自該監(jiān)控器的該控制信號(hào)，并且基于該控制信號(hào)計(jì)算該期望的電壓總線電壓。該電壓總線控制器還程序化成確定該電壓反饋是否在該期望的電壓總線電壓的閾值內(nèi)以及該電壓反饋是否在該期望的電壓總線電壓的該閾值外，基于該電壓反饋并且基于該期望的電壓總線電壓計(jì)算調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，該調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)配置成促使該電壓轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)來自該能量存儲(chǔ)裝置的能量的轉(zhuǎn)換，使得該電壓總線電壓上的電壓處于該閾值內(nèi)。該電壓總線控制器用來接收該電壓反饋和計(jì)算該調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的帶寬高于該監(jiān)控器用來迭代地接收該電壓反饋和計(jì)算該控制信號(hào)的帶寬。根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)實(shí)施例，一種系統(tǒng)包括DC鏈路、耦合于該DC鏈路并且配置成將來自該DC鏈路的DC電壓轉(zhuǎn)換成第一 AC電壓的電壓逆變器、耦合于該電壓逆變器并且配置成將該第一 AC電壓轉(zhuǎn)換成機(jī)械輸出的機(jī)電裝置，以及能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括配置成存儲(chǔ)DC能量的多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置、多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器、耦合于該多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器的功率管理控制器，以及第一 DC鏈路電壓控制器，該第一 DC鏈路電壓控制器耦合于該多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器中的第一電壓轉(zhuǎn)換器且耦合于該功率管理控制器。每個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器耦合于相應(yīng)的能量存儲(chǔ)裝置，并且配置成基于設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，將來自該相應(yīng)的能量存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換成DC供應(yīng)電壓，并且向該DC鏈路供應(yīng)該DC供應(yīng)電壓。該功率管理控制器耦合于該多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，并且配置成基于該DC鏈路的目標(biāo)電壓迭代地計(jì)算該設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，并且迭代地將該設(shè)定點(diǎn)信號(hào)供應(yīng)給該多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器。該第一 DC鏈路電壓控制器配置成基于該設(shè)定點(diǎn)信號(hào)迭代地確定該目標(biāo)電壓，基于該目標(biāo)電壓與該DC供應(yīng)電壓之間的差異迭代地計(jì)算第一調(diào)節(jié)信號(hào)，并且迭代地將該第一調(diào)節(jié)信號(hào)供應(yīng)給該第一電壓轉(zhuǎn)換器，其中該第一電壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步配置成基于該第一調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)的電壓。該功率管理控制器用來迭代地計(jì)算該設(shè)定點(diǎn)信號(hào)和向該多個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器供應(yīng)該設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的頻率低于該第一 DC鏈路電壓控制器用來計(jì)算該第一調(diào)節(jié)信號(hào)和向該第一電壓轉(zhuǎn)換器供應(yīng)該第一調(diào)節(jié)信號(hào)的頻率。盡管本發(fā)明僅連同有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)描述，應(yīng)該容易理解本發(fā)明不限于這樣公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明可以修改以包含此前未描述的許多變化、改動(dòng)、替代或等同設(shè)置，但其與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)。另外，盡管描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，要理解本發(fā)明的方面可僅包括描述的實(shí)施例中的一些。因此，本發(fā)明不視為由前面的描述限制，而僅由附上的權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括 DC 鏈路(26)；耦合于所述DC鏈路的負(fù)載08，30)；以及能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(10)，其包括 第一能量存儲(chǔ)裝置00)；耦合于所述第一能量存儲(chǔ)裝置OO)且耦合于所述DC鏈路06)的第一電壓轉(zhuǎn)換器 (14)，所述第一電壓轉(zhuǎn)換器(14)配置成基于命令信號(hào)并且基于第一調(diào)節(jié)信號(hào)，將來自所述第一能量存儲(chǔ)裝置OO)的第一 DC 電壓轉(zhuǎn)換成第二 DC電壓；以及向所述DC鏈路06)供應(yīng)所述第二 DC電壓；耦合于所述DC鏈路06)且耦合于所述第一電壓轉(zhuǎn)換器(14)的第一總線電壓控制器 (36)，所述第一總線電壓控制器(36)配置成基于所述命令信號(hào)并且基于所述DC鏈路06)的測(cè)量的電壓，迭代計(jì)算所述第一調(diào)節(jié)信號(hào)；以及向所述第一電壓轉(zhuǎn)換器(14)傳送對(duì)所述第一調(diào)節(jié)信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算； 耦合于所述第一電壓轉(zhuǎn)換器(14)且耦合于所述第一總線電壓控制器(36)的監(jiān)控器 (12)，所述監(jiān)控器(12)配置成基于所述負(fù)載( ，30)并且基于所述負(fù)載08，30)的期望DC鏈路06)電壓，迭代計(jì)算所述命令信號(hào)；以及向所述第一電壓轉(zhuǎn)換器(14)以及向所述第一總線電壓控制器(36)傳送對(duì)所述命令信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算；以及其中，所述第一總線電壓控制器(36)用來傳送對(duì)所述第一調(diào)節(jié)信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算的頻率高于所述監(jiān)控器(1 用來傳送對(duì)所述命令信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括電壓測(cè)量裝置(34)，其耦合于所述DC鏈路 (26)并且配置成測(cè)量所述DC鏈路06)的電壓；以及向所述第一總線電壓控制器(36)傳送所測(cè)量的電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 第二能量存儲(chǔ)裝置02)；耦合于所述第二能量存儲(chǔ)裝置0 且耦合于所述DC鏈路06)的第二電壓轉(zhuǎn)換器 (16)，所述第二電壓轉(zhuǎn)換器(16)配置成基于所述命令信號(hào)，將來自所述第二能量存儲(chǔ)裝置0 的第三DC電壓轉(zhuǎn)換成第四DC 電壓；以及向所述DC鏈路06)供應(yīng)所述第四DC電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述第二電壓轉(zhuǎn)換器(16)進(jìn)一步配置成基于所述命令信號(hào)并且基于從所述第一電壓轉(zhuǎn)換器(14)發(fā)送的調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，將所述第三DC電壓轉(zhuǎn)換成所述第四DC電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述第一電壓轉(zhuǎn)換器(14)配置成從所述命令信號(hào)并且從所述第一調(diào)節(jié)信號(hào)，確定所述第一電壓轉(zhuǎn)換器(14)的總期望輸出電壓；確定供應(yīng)給所述DC鏈路06)的所述第二 DC電壓與所述總期望輸出電壓之間的差異； 基于所述差異來計(jì)算所述調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，所述調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)配置成促使所述第二電壓轉(zhuǎn)換器(16)將所述第四DC電壓增加所述差異；以及向所述第二電壓轉(zhuǎn)換器(16)發(fā)送所述調(diào)整設(shè)定點(diǎn)信號(hào)。
6.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(10)進(jìn)一步包括耦合于所述DC鏈路06)且耦合于所述第二電壓轉(zhuǎn)換器(16)的第二總線電壓控制器 (46)，所述第二總線電壓控制器06)配置成基于所述命令信號(hào)并且基于所述DC鏈路06)的測(cè)量的電壓，迭代計(jì)算第二調(diào)節(jié)信號(hào)；以及向所述第二電壓轉(zhuǎn)換器(16)傳送對(duì)所述第二調(diào)節(jié)信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算； 其中，所述第二電壓轉(zhuǎn)換器(16)進(jìn)一步配置成基于所述命令信號(hào)并且基于所述第二調(diào)節(jié)信號(hào)，將所述第三DC電壓轉(zhuǎn)換成所述第四DC電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述第一能量存儲(chǔ)裝置OO)包括電池和超電容器之ο
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括第二能量存儲(chǔ)裝置(22)，其耦合于所述DC鏈路(沈)，并且配置成濾波所述DC鏈路06)上的電壓波動(dòng)并且緩沖能量。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述第二能量存儲(chǔ)裝置0 包括電池和超電容器之ο
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述負(fù)載( ，30)包括電壓逆變器(觀)，其耦合于所述DC鏈路( )，并且配置成將來自所述DC鏈路06)的 DC電壓轉(zhuǎn)換成第一 AC電壓；以及機(jī)電裝置(30)，其耦合于所述電壓逆變器( )，并且配置成將所述第一 AC電壓轉(zhuǎn)換成機(jī)械輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于功率轉(zhuǎn)換的設(shè)備和系統(tǒng)。一種設(shè)備包括DC鏈路(26)、電壓轉(zhuǎn)換器(14)、總線電壓控制器(36)和監(jiān)控器(12)。該電壓轉(zhuǎn)換器(14)配置成基于命令信號(hào)并且基于調(diào)節(jié)信號(hào)，將第一DC電壓轉(zhuǎn)換成第二DC電壓，并且向該DC鏈路(26)供應(yīng)該第二DC電壓。該總線電壓控制器(36)配置成迭代計(jì)算該調(diào)節(jié)信號(hào)，以向該電壓轉(zhuǎn)換器(14)傳送對(duì)該調(diào)節(jié)信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算。該監(jiān)控器(12)配置成迭代計(jì)算該命令信號(hào)，并且向該電壓轉(zhuǎn)換器(14)和該總線電壓控制器(36)傳送對(duì)該命令信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算。該總線電壓控制器(36)用來傳送對(duì)該調(diào)節(jié)信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算的頻率高于該監(jiān)控器(12)用來傳送對(duì)該命令信號(hào)的每個(gè)迭代計(jì)算的頻率。
文檔編號(hào)H02P27/06GK102377333SQ20111028053
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者A·F·菲塞尼, A·瓦爾施, J·胡伯, K·基爾伯格, L·薩拉蘇, M-W·瓦薩克, S·布蘭霍夫 申請(qǐng)人:通用電氣公司