專利名稱：電力控制器系統(tǒng)的制作方法
電力控制器系統(tǒng)
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及電力控制器系統(tǒng)，特別地涉及受保護(hù)以防例如雷擊或故障狀態(tài)的電力控制器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
典型地，電力控制器系統(tǒng)包括在雷擊或故障狀態(tài)情況下中斷向負(fù)載供應(yīng)電力的開關(guān)裝置，例如機(jī)電開關(guān)。然而，為了設(shè)法提供更快的反應(yīng)時(shí)間并且減小開關(guān)裝置的尺寸和成本，正使用例如微機(jī)電開關(guān)(MEMS)和晶體管(例如M0SFET)等更快的操作裝置。盡管這些裝置在操作中更快，它們的尺寸與它們可以容納的故障瞬態(tài)成比例。因?yàn)樗鼈円话憔哂邢鄬?duì)低的熱質(zhì)量，它們可以僅容納有限的故障瞬態(tài)。在例如在飛行器中等航空應(yīng)用中，故障狀態(tài)或雷擊不中斷到例如駕駛艙控制和儀器、起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、環(huán)境系統(tǒng)等給定負(fù)載的電流(這對(duì)飛行器可能是至關(guān)重要的)，這是重要的。此外，航空工業(yè)中的配電正在向越來越高的電壓架構(gòu)邁進(jìn)，使得例如雷擊等故障電流和環(huán)境因素正變得越來越嚴(yán)重。典型地，配電系統(tǒng)被過分設(shè)計(jì)，例如其中晶體管開關(guān)大得多以便能夠承受如雷擊和故障這樣的事件而在這樣的瞬態(tài)期間不中斷負(fù)載。然而，過分設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)和開關(guān)增加成本、尺寸和重量，這減小飛行器的航程并且增加它的燃料消耗。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供有設(shè)置成通過電路向負(fù)載供電的電力控制器系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括在電通路中提供的用于向該負(fù)載供應(yīng)電流的開關(guān)裝置；設(shè)置成當(dāng)通過該開關(guān)裝置的電流或該開關(guān)裝置兩端的電壓超過預(yù)定水平時(shí)斷開該開關(guān)裝置的控制器；和電通路，其并聯(lián)于該負(fù)載以便當(dāng)斷開該開關(guān)裝置時(shí)使負(fù)載電流能夠持續(xù)流過該并聯(lián)的電通路和該負(fù)載來耗散存儲(chǔ)在電路(其連接該并聯(lián)的電通路至該負(fù)載)中的電感能量。在例如雷擊等故障瞬態(tài)情景期間，當(dāng)通過開關(guān)裝置的電流超過預(yù)定水平(例如是預(yù)期電流的十倍)時(shí)，控制器將命令開關(guān)裝置關(guān)斷。在這段期間，負(fù)載電流將持續(xù)流過并聯(lián)于負(fù)載的電通路，從而耗散存儲(chǔ)在電路電纜(其連接配電系統(tǒng)和負(fù)載)中的電感能量。因此，負(fù)載電流將不被中斷，這在航空中例如對(duì)于飛行器在飛行期間所依賴的系統(tǒng)是十分重要的。電通路優(yōu)選地包括確保存儲(chǔ)在電路中的電感能量在適當(dāng)?shù)姆较虺掷m(xù)圍繞電路流動(dòng)的二極管。控制器優(yōu)選地設(shè)置成在預(yù)定時(shí)段后再次閉合開關(guān)，在該預(yù)定時(shí)段期間，例如雷擊等瞬態(tài)事件可能已經(jīng)消退或例如故障等瞬態(tài)事件可能已經(jīng)被糾正，使得負(fù)載可持續(xù)由配電系統(tǒng)供電。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供有操作電力控制器系統(tǒng)的方法，該電力控制器系統(tǒng)設(shè)置成通過電路向負(fù)載供電，該方法包括當(dāng)通過該開關(guān)裝置的電流或該開關(guān)裝置兩端的電壓超過預(yù)定水平時(shí)，斷開電通路中的開關(guān)裝置以用于向負(fù)載供應(yīng)電流，使得負(fù)載電流持續(xù)流過負(fù)載和與負(fù)載并聯(lián)的電通路來耗散存儲(chǔ)在電路中的電感能量，該電路包括并且連接并聯(lián)的電通路至負(fù)載。開關(guān)裝置優(yōu)選地在預(yù)定時(shí)段后閉合使得負(fù)載可再次接收來自電源的電流，并且如果該電源電流或電壓仍超過預(yù)定水平，開關(guān)裝置則再次斷開，否則它保持閉合直到再次檢測(cè)到超過預(yù)定水平的電流或電壓。
現(xiàn)在將參照附圖僅通過示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1示出圖示本發(fā)明的示例的具有負(fù)載的電力控制器系統(tǒng)；圖2是圖示在開關(guān)裝置斷開和閉合期間該開關(guān)裝置兩端的電壓和通過并聯(lián)于負(fù)載的電通路的電流的曲線圖；圖3示出圖示本發(fā)明的實(shí)施例的方法的流程圖；以及圖4示出圖示本發(fā)明的電力控制器系統(tǒng)的更詳細(xì)的示例。
具體實(shí)施例方式圖1示出設(shè)置成向負(fù)載20供電的電力控制器系統(tǒng)10。該電力控制器系統(tǒng)包括電路11，其包括在電通路31中提供的用于向該負(fù)載20供應(yīng)電流的開關(guān)裝置30。該電通路31 包括連接于該開關(guān)裝置30 (其進(jìn)而連接于該負(fù)載20)的電源40。在實(shí)踐中，該電通路31可一般包括電纜或類似物，其可以是幾米或幾十米長(這取決于飛行器)，并且其固有地提供一定量的電感(在圖1中由標(biāo)號(hào)32指示)?？刂破?0設(shè)置成當(dāng)通過開關(guān)裝置30的電流或開關(guān)裝置30兩端的電壓超過預(yù)定水平時(shí)斷開開關(guān)裝置30。該控制器50優(yōu)選地連接于電通路31以檢測(cè)通過電通路31的電流或開關(guān)裝置30兩端的電壓。該控制器50可包括當(dāng)檢測(cè)的電流或電壓超過該預(yù)定水平時(shí)斷開開關(guān)裝置30的適合的控制部件，例如微處理器。開關(guān)裝置30可以是例如晶體管(例如M0SFET)、MEMS或機(jī)電開關(guān)等任何適合的裝置。提供并聯(lián)于負(fù)載20的電通路60。當(dāng)控制器50斷開開關(guān)裝置30時(shí)，使得電源40 從負(fù)載20切斷，電流能夠持續(xù)流過該并聯(lián)的電通路60和負(fù)載20 (如由箭頭61指示的)來耗散存儲(chǔ)在電路(其連接該并聯(lián)的電通路60至負(fù)載20)中的電感能量32。該電路將典型地由電纜或類似物形成。該并聯(lián)的電通路60可包括確保電流在與當(dāng)開關(guān)30閉合時(shí)相同的方向流過負(fù)載20的二極管62?？刂破?0優(yōu)選地設(shè)置成在預(yù)定時(shí)段后再次閉合開關(guān)裝置30。這個(gè)預(yù)定時(shí)段將取決于連接并聯(lián)的電通路60至負(fù)載20的電路中的電感量以及可能的瞬態(tài)事件(例如雷擊或用于自動(dòng)糾正故障的時(shí)間)的時(shí)長。這個(gè)預(yù)定時(shí)段可例如是幾微秒、幾十微秒或更長，其取決于系統(tǒng)中的電感量，該電感量可以是寄生的或可包括添加的部件的影響。連接并聯(lián)的電通路60至負(fù)載20的電路中的電感是適當(dāng)?shù)囊员闾峁┳銐虻臅r(shí)間用于維持電流(如由箭頭 61指示的)使得到開關(guān)30再次閉合的時(shí)候瞬態(tài)事件將已經(jīng)大致上消退。然而，如果有必要
4的話，可在負(fù)載20和并聯(lián)的通路60之間提供額外的電感。在這個(gè)預(yù)定時(shí)段已經(jīng)過去后，控制器50閉合開關(guān)裝置30使得電力可再次由電源40提供。這將刷新連接負(fù)載20至并聯(lián)的電通路60的電路中的電感。然而，如果通過開關(guān)裝置30的電流或開關(guān)裝置30兩端的電壓仍超過預(yù)定水平，控制器50將再次斷開開關(guān)裝置使得在連接并聯(lián)的電通路60和負(fù)載20的電路或電纜線中提供的電感能量32將再次被耗散?？刂破骺沙掷m(xù)接通以及關(guān)斷開關(guān)裝置30直到瞬態(tài)事件已經(jīng)過去或故障已經(jīng)被糾正。圖1中示出的示例使電流即使在例如雷擊或故障等瞬態(tài)事件情況下能夠持續(xù)供應(yīng)到負(fù)載20。在即使在這樣的瞬態(tài)雷擊或故障情況下仍期望持續(xù)向飛行器中的例如駕駛艙或發(fā)動(dòng)機(jī)控制等主要部件中的負(fù)載供電的情況，這是特別重要的。在不需要如在現(xiàn)有技術(shù)中那樣過分設(shè)計(jì)開關(guān)部件從而減少成本和重量的情況下即實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。圖2圖示在開關(guān)裝置30的接通和關(guān)斷期間通過開關(guān)裝置30的電流Is和開關(guān)裝置30兩端的電壓Vs。如可以從圖2中看到的，隨著開關(guān)裝置30閉合，存在通過它的電流Is 而不存在它兩端的電壓Vs。然而，當(dāng)檢測(cè)到故障(其中電流或電壓超過預(yù)定水平)時(shí)，開關(guān)裝置30斷開使得不再有任何電流Is通過開關(guān)裝置30并且然后在它兩端提供電壓\。然后電流流過并聯(lián)的電通路60。在預(yù)定時(shí)段(在該預(yù)定時(shí)段期間瞬態(tài)將已經(jīng)大大消退)后， 控制器50再次閉合開關(guān)裝置30，恢復(fù)電流Is通過開關(guān)裝置30并且中止電流流過并聯(lián)的電通路60。如果發(fā)現(xiàn)開關(guān)裝置30兩端的電壓或通過開關(guān)裝置30的電流仍超過預(yù)定水平，開關(guān)30第二次斷開。如果有必要的話，開關(guān)裝置30可以反復(fù)斷開和閉合直到故障狀態(tài)消退。 開關(guān)裝置30的每個(gè)閉合將刷新連接負(fù)載20與并聯(lián)的電通路60的電路(例如電纜)中的電感32。圖3是圖示操作本發(fā)明的實(shí)施例的電力控制器系統(tǒng)的方法的流程圖。在時(shí)間步驟 100，控制器50檢測(cè)是否存在過電流或電壓狀況。如果檢測(cè)有過電流或電壓，在步驟200，開關(guān)裝置30斷開，從而中止來自發(fā)電機(jī)或電源40的電流的流動(dòng)。當(dāng)開關(guān)裝置30斷開時(shí)，由于并聯(lián)的電通路60以及電路31中的電感，電流持續(xù)流過負(fù)載20。在步驟300，在預(yù)定時(shí)段后控制器閉合開關(guān)裝置30，在該預(yù)定時(shí)段后瞬態(tài)可能已經(jīng)大大消退。在閉合開關(guān)裝置30后，控制器50回到步驟100，在該步驟確定在開關(guān)裝置30 處是否有過電流或過電壓狀況。如果瞬態(tài)已經(jīng)充分消退使得通過開關(guān)裝置30的電流或開關(guān)裝置30兩端的電壓小于預(yù)定水平，開關(guān)裝置30則保持閉合。然而，如果通過開關(guān)裝置30 的電流或開關(guān)裝置30兩端的電壓仍在預(yù)定水平之上，重復(fù)在圖3中圖示的步驟200、300序列。圖4示出圖示本發(fā)明的電力控制器系統(tǒng)的更詳細(xì)的示例。如可以從圖4中看到的， 這些部件中的許多與在圖1中示出的那些等同并且提供有相同的標(biāo)號(hào)。在圖4中圖示的電力控制器系統(tǒng)示出正/負(fù)270VDC配電系統(tǒng)的可能的架構(gòu)。在該示例中的開關(guān)裝置30是 MOSFET,但可使用例如MEMs或IGBTS等其他的開關(guān)裝置。在例如雷擊等故障瞬態(tài)情景期間， 當(dāng)通過MOSFET 30的電流超過預(yù)定水平(例如，是預(yù)期的保護(hù)電流的10倍)時(shí)，控制器50 將命令MOSFET 30關(guān)斷。在這段時(shí)間期間，負(fù)載電流將持續(xù)流過換向二極管(commutation diode)62，其耗散存儲(chǔ)在連接系統(tǒng)至負(fù)載20的電纜或任何電感元件32中的電感能量。
短時(shí)間(到該時(shí)間的時(shí)候，瞬態(tài)將已經(jīng)大大消退)后，控制器50將命令開關(guān)裝置 30回到接通狀態(tài)。凈效應(yīng)是負(fù)載電流在瞬態(tài)期間沒有被中斷并且MOSFET沒有經(jīng)歷全瞬態(tài)
能量°本技術(shù)為配電目的提供數(shù)字電流限制的能力，從而消除了對(duì)過分設(shè)計(jì)開關(guān)部件的需要從而節(jié)省成本和重量?？蓪?duì)上文描述的示例做出許多變動(dòng)而不偏離本發(fā)明的范圍。例如，可在電路中提供任意數(shù)量的負(fù)載20或可提供任意數(shù)量的電路。盡管參考航空工業(yè)中的示例描述，本發(fā)明可在例如船、車輛、工廠、供電電網(wǎng)或家等任何應(yīng)用中在電力控制器系統(tǒng)中使用。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置成通過電路向負(fù)載供電的電力控制器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括在電通路中提供的用于向所述負(fù)載供應(yīng)電流的開關(guān)裝置；設(shè)置成當(dāng)通過所述開關(guān)裝置的電流或所述開關(guān)裝置兩端的電壓超過預(yù)定水平時(shí)斷開所述開關(guān)裝置的控制器；和電通路，其設(shè)置成并聯(lián)于所述負(fù)載以便當(dāng)斷開所述開關(guān)裝置時(shí)使負(fù)載電流能夠持續(xù)流過該并聯(lián)的電通路和所述負(fù)載來耗散存儲(chǔ)在連接所述并聯(lián)的電通路至所述負(fù)載的電路中的電感能量。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述并聯(lián)的電通路被設(shè)置使得存儲(chǔ)在所述電路中的所述電感能量在與當(dāng)所述開關(guān)裝置閉合時(shí)相同的方向持續(xù)流動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述并聯(lián)的電通路包括確保存儲(chǔ)在所述電路中的所述電感能量在與當(dāng)所述開關(guān)裝置閉合時(shí)相同的方向持續(xù)流動(dòng)的二極管。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制器設(shè)置成在預(yù)定時(shí)段后閉合所述開關(guān)裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述控制器設(shè)置成如果通過所述開關(guān)裝置的電流或所述開關(guān)裝置兩端的電壓仍超過所述預(yù)定水平則再次斷開所述開關(guān)裝置。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其包括增加所述并聯(lián)的電通路和所述負(fù)載之間的電感的電感元件。
7.一種包括如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的電力控制器系統(tǒng)的飛行器。
8.一種操作電力控制器系統(tǒng)的方法，所述電力控制器系統(tǒng)設(shè)置成通過電路向負(fù)載供電，所述方法包括當(dāng)通過所述開關(guān)裝置的電流或所述開關(guān)裝置兩端的電壓超過預(yù)定水平時(shí)，斷開電通路中的開關(guān)裝置以便向所述負(fù)載供應(yīng)電流，使得負(fù)載電流持續(xù)流過所述負(fù)載和與所述負(fù)載并聯(lián)的所述電通路來耗散存儲(chǔ)在所述電路中的電感能量，該電路包括并且連接所述并聯(lián)的電通路至所述負(fù)載。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其進(jìn)一步包括在該開關(guān)裝置斷開后的預(yù)定時(shí)段時(shí)閉合所述開關(guān)裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括如果通過所述開關(guān)裝置的電流或所述開關(guān)裝置兩端的電壓仍超過所述預(yù)定水平則再次斷開所述開關(guān)裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括反復(fù)斷開和閉合所述開關(guān)裝置直到通過所述開關(guān)裝置的電流或所述開關(guān)裝置兩端的電壓不再超過所述預(yù)定水平。
12.—種如權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的操作飛行器的電力控制器系統(tǒng)的方法。
13.—種大致上如上文參照附圖描述的設(shè)置成通過電路向負(fù)載供電的電力控制器系統(tǒng)。
14.一種大致上如上文參照附圖描述的操作電力控制器系統(tǒng)的方法，所述電力控制器系統(tǒng)設(shè)置成通過電路向負(fù)載供電。
全文摘要
公開設(shè)置成通過電路向負(fù)載供電的電力控制器系統(tǒng)。該電力控制器系統(tǒng)包括在電通路(31)中提供的用于向負(fù)載(20)供應(yīng)電流的開關(guān)裝置(30)。控制器(50)設(shè)置成當(dāng)通過該開關(guān)裝置(30)的電流或該開關(guān)裝置(30)兩端的電壓超過預(yù)定水平時(shí)斷開該開關(guān)裝置(30)。提供電通路(60)，其并聯(lián)于該負(fù)載(20)以便當(dāng)斷開該開關(guān)裝置(30)時(shí)使負(fù)載電流能夠持續(xù)流過該并聯(lián)的電通路(60)和該負(fù)載(20)來耗散存儲(chǔ)在連接該并聯(lián)的電通路(60)至該負(fù)載(20)的電路中的電感能量。當(dāng)該開關(guān)裝置斷開時(shí)，即使在例如雷擊等故障瞬態(tài)情景期間，該并聯(lián)的電通路(60)使電流能夠持續(xù)供應(yīng)到該負(fù)載(20)。因此，在故障瞬態(tài)情景期間，斷開該開關(guān)裝置(30)以防止過電流通過該開關(guān)裝置，同時(shí)由于該電感能量通過該并聯(lián)的電通路(60)和該負(fù)載(20)耗散，該負(fù)載電流將不被中斷。
文檔編號(hào)H02H9/02GK102545182SQ201110335910
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者A·施普利 申請(qǐng)人:通用電氣航空系統(tǒng)有限公司