模塊化恒定電流調(diào)節(jié)器的制造方法
【專利摘要】一種用于為照明設(shè)備的串聯(lián)電路(9)提供與預(yù)定輸出功率對(duì)應(yīng)的輸出電功率的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，包括：可電連接的多個(gè)模塊(13)，用于同時(shí)操作以共同提供輸出功率，該模塊各自被配置用于提供為調(diào)節(jié)器的輸出功率做貢獻(xiàn)的模塊輸出功率。每個(gè)模塊包括：用于提供根據(jù)本地標(biāo)準(zhǔn)要求的電絕緣的適當(dāng)?shù)淖儔浩?135)，以及用于控制模塊的操作的微控制器(231)。該恒定電流調(diào)節(jié)器包括：被配置為連接至模塊(13)的微控制器(231)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)(17)，其中，微控制器(231)可操作為經(jīng)由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)(17)交換數(shù)據(jù)以使恒定電流調(diào)節(jié)器(10)模塊化，意味著一個(gè)或多個(gè)這種模塊(13)能夠被加入恒定電流調(diào)節(jié)器或者從恒定電流調(diào)節(jié)器移除。
【專利說明】模塊化恒定電流調(diào)節(jié)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及恒定電流調(diào)節(jié)器(CCR)，尤其涉及用于為機(jī)場(chǎng)照明燈提供電功率的調(diào)節(jié)器。

【背景技術(shù)】
[0002]例如，從US 2010/283400中已知以上類型的CCR。CCR的目的在于，圍繞可由操作人員或機(jī)場(chǎng)控制塔設(shè)置的工作點(diǎn)調(diào)節(jié)電流輸出電平。電流輸出電平應(yīng)在預(yù)設(shè)的工作點(diǎn)附近盡可能恒定，以便確保機(jī)場(chǎng)照明燈以恒定的發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光。由于期望根據(jù)環(huán)境(例如，白天或晚上、良好或低可見度)使用不同的強(qiáng)度，所以工作點(diǎn)可改變，并且CCR必須能夠相應(yīng)地適應(yīng)電流輸出電平。
[0003]機(jī)場(chǎng)照明燈通常以長(zhǎng)串聯(lián)連接設(shè)置。在這種串聯(lián)中的照明燈的長(zhǎng)度和數(shù)量以及輸送給其的功率在機(jī)場(chǎng)之間并且在照明燈的類型及其用途之間可不同。因此，CCR制造商需要提供寬范圍的CCR，各個(gè)CCR與特定的輸入線電壓和頻率、輸出電流以及設(shè)備功率對(duì)應(yīng)。這造成大量不同的CCR產(chǎn)品項(xiàng)目，這就增大了庫(kù)存量、制造資源以及成本。
[0004]CCR可靠性是另一個(gè)方面，因?yàn)檫@是一個(gè)重要的安全問題。眾所周知的是具有安裝在機(jī)場(chǎng)的完整備份CCR單元，這需要巨大的額外的空間，并導(dǎo)致顯著成本增加。
[0005]在US 2010/026207中描述了通過將級(jí)聯(lián)連接的雙電壓轉(zhuǎn)換單元提供給以電網(wǎng)頻率(50/60HZ)進(jìn)行操作的公共變壓器來解決可靠性問題的嘗試。在此處的想法是增加可容易更換的冗余(非操作)電壓轉(zhuǎn)換單元。在發(fā)生故障時(shí)，操作和非操作電壓轉(zhuǎn)換單元可自動(dòng)切換，以便在稍后維修服務(wù)期間，可更換損壞的零件。
[0006]相同的文獻(xiàn)描述了不排除同時(shí)使用這兩個(gè)現(xiàn)代的電壓轉(zhuǎn)換單元來操作CCR，但是未教導(dǎo)如何進(jìn)行合作。此外，該文獻(xiàn)描述了一種公共控制單元，用于控制電壓轉(zhuǎn)換單元的操作并且用于啟用開關(guān)，這些開關(guān)被配置為啟用和禁用一個(gè)或其他電壓轉(zhuǎn)換單元。
[0007]由于每個(gè)CCR單元現(xiàn)在具有與已有的電壓轉(zhuǎn)換單元相同的一個(gè)額外電壓轉(zhuǎn)換單元，所以US 2010/026207的系統(tǒng)更可靠，但是每個(gè)CCR單元的費(fèi)用增加。
[0008]Hu Wei等人在2010年6月I日的2010年第五屆工業(yè)電子設(shè)備和應(yīng)用的IEEE會(huì)議的 “ Input-series output-parallel AC/AC converter (輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)型 AC/AC 轉(zhuǎn)換器)”第1018-1022頁描述了具有高頻鏈路的雙電平AC/AC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可用于具有高輸入電壓和相對(duì)地的輸出電壓的應(yīng)用中。由于其功率有限，所以這種電路不適用于機(jī)場(chǎng)照明設(shè)備。而且，缺點(diǎn)是由于為了獲得期望輸出需要兩個(gè)電平的操作而不可靠。
[0009]EP 1063758描述了一種電源裝置，其包括多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的諧振型開關(guān)轉(zhuǎn)換器。這種裝置允許將大功率提供給負(fù)載。然而，所描述的裝置的特征在于直流輸出電壓，該直流輸出電壓對(duì)于機(jī)場(chǎng)照明設(shè)備不可行，這是由于機(jī)場(chǎng)照明設(shè)備必須始終設(shè)置有交流電流，用于防止電纜和連接器腐蝕，并且為了能夠使用變壓器來連接照明燈和饋電線以防雷，獨(dú)立于照明燈的類型(白熾燈或LED)。
[0010]US 2002/0074862描述了一種并聯(lián)電源系統(tǒng)，其包括多個(gè)電源單元，這樣設(shè)計(jì)電源單元，使得甚至在一個(gè)電源單元發(fā)生故障時(shí)，其他電源單元可確保供電。然而，所描述的系統(tǒng)從AC輸入電源電壓中生成DC輸出，因此，不能用于供應(yīng)機(jī)場(chǎng)照明設(shè)備。各個(gè)電源單元包括向其初級(jí)線圈供應(yīng)高頻脈沖電流的高頻變壓器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于，提供一種克服了以上缺點(diǎn)的恒定電流調(diào)節(jié)器。尤其地，目標(biāo)在于，提供一種CCR，該CCR不僅解決了可靠性問題，而且解決了經(jīng)濟(jì)性問題。目標(biāo)在于，提供一種CCR，該CCR至少具有相同的可靠性并且可能更好的可靠性。本發(fā)明的目標(biāo)還在于，提供一種CCR，該CCR的制造更經(jīng)濟(jì)。本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，提供一種CCR，該CCR具有更長(zhǎng)的使用期并且更有效地進(jìn)行操作。
[0012]在本發(fā)明人看來，系統(tǒng)可靠性可增強(qiáng)超過上面提出的解決方案，同時(shí)通過模塊化建立具有多個(gè)相同的模塊的CCR，獲得制造成本的經(jīng)濟(jì)性，每個(gè)模塊實(shí)際上是其自身的CCR。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，因此，提供了在所附權(quán)利要求中闡述的一種恒定電流調(diào)節(jié)器。CCR包括多個(gè)有利地相同額定的模塊，每個(gè)模塊被配置為提供有助于CCR的輸出功率的模塊輸出電流和電壓。根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)模塊實(shí)際上是其自身的CCR，具有其適當(dāng)?shù)淖儔浩骱臀⒖刂破?。CCR設(shè)置有數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可操作為在微控制器之間交換數(shù)據(jù)。如此組織數(shù)據(jù)通信，使得一個(gè)或多個(gè)模塊可有利地加入CCR中或者從CCR中去除，而不影響其他模塊彼此進(jìn)行通信的能力以及同時(shí)進(jìn)行操作以共同提供輸出功率的能力。結(jié)果，獲得一種CCR，該CCR在輸入級(jí)和輸出級(jí)以及在控制層(control level)上充分地模塊化。
[0014]雖然在US 2010/026207中，模塊化被限于電壓轉(zhuǎn)換單元(即，僅僅是輸入級(jí))，但在本發(fā)明中，模塊化適用于CCR的所有組件。這種模塊化的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，可以基于一個(gè)和相同的CCR模塊，組裝具有不同的額定輸出的CCR。這大幅減少了制造商需要保持在庫(kù)存或生產(chǎn)的不同部件的數(shù)量。舉例而言，可使用一個(gè)和相同(小)的變壓器，制造所有現(xiàn)有額定功率的CCR，從而避免具有從更小的變壓器到大變壓器的不同的變壓器尺寸的需要。由于可生產(chǎn)更大量的相同變壓器，所以可獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)。作為一個(gè)額外的優(yōu)點(diǎn)，完全模塊化能夠?qū)崿F(xiàn)更大的可靠性。實(shí)際上，如果中央控制器發(fā)生故障，或者如果公共輸出級(jí)發(fā)生故障，那么在US 2010/026207中描述的CCR發(fā)生故障。由于在模塊化設(shè)計(jì)中包括這些級(jí)別，所以這不是本發(fā)明的CCR的情況。上面討論的其他文獻(xiàn)也未描述這種模塊化。
[0015]在從屬權(quán)利要求中闡述了有利的方面。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于根據(jù)本發(fā)明的CCR中的模塊，如在所附權(quán)利要求中所述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]現(xiàn)在，參照附圖，更詳細(xì)地描述本發(fā)明的方面，其中:
[0018]圖1表示根據(jù)本發(fā)明的CCR的總體示意圖；
[0019]圖2表示根據(jù)本發(fā)明的CCR的功率模塊的示意圖；以及
[0020]圖3表示功率模塊的輸入和輸出連接方案,用于包括兩個(gè)功率模塊的CCR的示例性情況。圖3A表示其中功率模塊的輸出串聯(lián)連接的連接方案；圖3B表示其中功率模塊的輸出并聯(lián)連接的連接方案。

【具體實(shí)施方式】
[0021]方便注意的是，在本說明書中指出的電流和電壓電平是指其均方根(rms)值。因此，IA表示IA rms電流，并且IV表示IV rms電壓。
[0022]同樣方便注意的是，術(shù)語‘額定功率’、‘額定電流’或‘額定電壓’分別表示最大工作功率、電流或電壓。
[0023]圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的CCR 10的示意圖，電源線輸入11用于連接至電力網(wǎng)，并且功率輸出12用于連接至照明燈的串聯(lián)連接電路(series connect1n)9。串聯(lián)連接電路9通常由串聯(lián)電路變壓器92構(gòu)成，這些串聯(lián)電路變壓器的初級(jí)線圈連接到串聯(lián)連接電路9并且其次級(jí)線圈連接至照明燈91。
[0024]CCR 10由在后文中稱為功率模塊13的模塊化單元13_1、13_2到13_n形成。功率模塊13通過輸入功率連接14連接至電源線輸入11，該輸入功率連接在電源線輸入11與每個(gè)功率模塊13的線路輸入131之間形成有線接口(見圖2)。功率模塊通過輸出功率連接15連接至CCR 10的功率輸出12。
[0025]輸入功率連接14設(shè)置用于模塊13-1到13-n到電源線輸入11的并聯(lián)電連接，如圖3中示意性所示。
[0026]參照?qǐng)D2，方便注意的是，每個(gè)功率模塊13實(shí)際上是其自身的恒定電流調(diào)節(jié)器。因此，功率模塊13可操作為提供輸出功率(電流和電壓)，可有利地將該輸出功率直接提供給CCR 10的功率輸出12，并且因此提供給串聯(lián)電路9，無需任何額外的電絕緣或電平校正。
[0027]所有功率模塊13-1到13-n有利地是基本上相同，這是因?yàn)檫@些模塊具有相同的最大工作(額定)功率、電流以及電壓。與每個(gè)CCR—樣，每個(gè)功率模塊還被配置為輸出功率，并且生成與預(yù)設(shè)的電平對(duì)應(yīng)的電流。輸出電壓與電流相關(guān)，并且與輸出電阻相關(guān)，并且可在O與最大(額定)電壓之間變化。
[0028]這樣做，功率模塊13有利地包括:如按照地方標(biāo)準(zhǔn)(例如，F(xiàn)AA (聯(lián)邦航空管理局)或IEC(國(guó)際電工委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn))的規(guī)定，通過變壓器135電隔離的輸入級(jí)電路132至134和輸出級(jí)電路136至138。例如,變壓器135可提供高于或等于23kV的電絕緣(galvanicinsulat1n)。
[0029]輸入級(jí)電路可包括低通濾波器132，用于濾波功率模塊13的線路輸入131。
[0030]輸入級(jí)電路包括電壓轉(zhuǎn)換電路，如在圖2中的模塊133和134示意性所示。電壓轉(zhuǎn)換電路133和134有利地被配置為廣泛獨(dú)立于輸入電壓電平以及輸入電壓的頻率(例如，電源頻率50或60Hz)來生成穩(wěn)定電壓。電壓轉(zhuǎn)換電路有利地包括整流器模塊133，緊接著是功率逆變器模塊134。整流器模塊133可基于二極管橋接電路，該電路可操作為將AC(交流)信號(hào)(例如，有利地濾波的線路輸入，在電網(wǎng)頻率)轉(zhuǎn)換成DC(直流)信號(hào)。功率逆變器模塊134可操作為將來自整流器133的DC信號(hào)轉(zhuǎn)換成AC信號(hào)。因此，有利地包括LLC諧振轉(zhuǎn)換器電路，在該電路的前面可能具有功率因數(shù)校正器(PFC)電路，有利地是交織的PFC。
[0031]由電壓轉(zhuǎn)換電路133和134輸出的穩(wěn)定電壓有利地是高頻AC電壓，例如，該電壓至少為1kHz，有利地至少為10kHz，有利地至少為20kHz，有利地至少為25kHz，有利地至少為30kHz。高頻AC電壓可低于或等于10kHz。高頻LLC準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器功率電路可實(shí)現(xiàn)獲得這種高頻信號(hào)。在題為 “Phase Shifted Full Bridge LLC Resonant Converter” 的互聯(lián)網(wǎng)論文中，描述了這樣一個(gè)LLC準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器功率電路，該論文的作者為Martin Zhang和Sober Hu，并且在以下網(wǎng)頁中可下載該論文，該論文的內(nèi)容通過引用包含在本文中:http://blog.dianyuan.com/blog/u/42/1150776421.pdf。
[0032]在輸入級(jí)中的高頻電壓輸出的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，變壓器135的尺寸和重量以及成本可大幅減小。舉例而言，與其50Hz對(duì)應(yīng)物相比，以大約40kHz工作的高頻變壓器的重量和尺寸小10到20倍。
[0033]此外，在指定的高頻電壓，由高頻造成的功率損耗依然可接受，使得實(shí)現(xiàn)了尺寸減小與功率損耗之間最佳平衡。
[0034]因此，LLC諧振轉(zhuǎn)換器電路連接至變壓器135的初級(jí)側(cè)235。變壓器135的次級(jí)側(cè)335連接至輸出級(jí)電路136至138，這些電路可包括:整流器二極管橋接電路136以及晶體管H橋逆變器電路137，以便提供穩(wěn)定的模塊輸出139 (電流和電壓)。H橋逆變器電路137有利地被配置用于工作在高頻，例如，如在上文中相對(duì)于電壓轉(zhuǎn)換電路133和134所指示的那些頻率。低通濾波器138可設(shè)置于橋接電路137與模塊輸出139之間。雖然并非必須，但是穩(wěn)定輸出139通常是低頻純正弦波AC輸出，電網(wǎng)頻率通常是50或60Hz。還可能是其他形狀的穩(wěn)定輸出，例如，脈沖DC。
[0035]輸出的低通濾波器138有利地可操作為濾波出上述所指出的高頻(即，整流器和晶體管H橋的操作的頻率)的任何信號(hào)分量。由于與在現(xiàn)有技術(shù)CCR中使用的輸出濾波器(該濾波器通常操作在幾百Hz的頻率)相比，允許將輸出低通濾波器138制造為非常小并且經(jīng)濟(jì)，所以操作在這種高頻是有利地。
[0036]參照?qǐng)D3A，功率模塊13-1到13_n的輸出139可串聯(lián)連接，以便實(shí)現(xiàn)CCR 10的穩(wěn)定輸出電流最大為一個(gè)功率模塊的額定輸出電流，但是由于穩(wěn)定的CCR輸出電壓是模塊輸出電壓的總和，所以與每個(gè)單功率模塊相比，實(shí)現(xiàn)更高的CCR輸出功率。舉例而言，考慮額定輸出電流為6.6A的具有5kW額定功率(在電阻負(fù)載上)的功率模塊。然后，每個(gè)功率模塊的額定輸出電壓為757V。串聯(lián)連接功率模塊的輸出，允許獲得功率模塊的最大額定輸出電流的CCR輸出電流(6.6A)，但是可變功率取決于串聯(lián)連接的功率模塊的數(shù)量。串聯(lián)連接四個(gè)這樣的功率模塊，允許獲得具有20kW?6.6AX (4X757V)的額定輸出功率的CCR。
[0037]或者，如在圖3B中所示，功率模塊的輸出139可并聯(lián)連接，以便獲得CCR輸出電流，該電流是功率模塊輸出的總和。舉例而言，并聯(lián)連接上面三個(gè)功率模塊，允許在電壓電平為757V時(shí)，獲得大約20A的最大額定CCR輸出電流。
[0038]還能夠組合功率模塊的串聯(lián)和并聯(lián)連接，例如，兩組兩個(gè)并聯(lián)的5kW模塊的串聯(lián)連接，從而獲得20kW CCR，最大輸出電流為12A。
[0039]在上述串聯(lián)或并聯(lián)連接中的功率模塊13-1到13-n的電連接有利地為硬線連接。
[0040]因此，根據(jù)本發(fā)明，所有功率模塊輸出被配置為有助于實(shí)現(xiàn)CCR(全局)輸出12。具有在功率模塊13之間獲得合作的不同方法，來實(shí)現(xiàn)預(yù)定的CCR功率輸出12，例如，由機(jī)場(chǎng)控制塔或操作人員在外部設(shè)置該輸出。
[0041]用于在功率模塊之間獲得這種合作的一種有利方法基于無主(或多主)數(shù)據(jù)通信協(xié)議。這表示任何功率模塊都不會(huì)用作確定每個(gè)功率模塊對(duì)CCR輸出的貢獻(xiàn)水平的主模塊，而是每個(gè)功率模塊位于功率模塊層次中相同的水平，并且每個(gè)功率模塊根據(jù)整個(gè)CCR10的預(yù)定輸出(所有功率模塊13的輸出)并且根據(jù)由其他功率模塊設(shè)置的輸出來自己確定其合適的模塊輸出電平139。這通過允許功率模塊13幾乎持續(xù)地進(jìn)行彼此通信獲得有效的合作來實(shí)現(xiàn)。
[0042]用于在模塊之間獲得合作和通信的一種替換的方法是局域主從數(shù)據(jù)通信協(xié)議。在這種協(xié)議中，如果將功率模塊13加入CCR 10中或者從CCRlO中去除該功率模塊，那么主模塊(master)可有利地自動(dòng)改變。舉例而言，在將功率模塊13加入CCR中時(shí)，自動(dòng)接收用于進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的地址，這可根據(jù)任何功率模塊的組件的序號(hào)或唯一標(biāo)識(shí)符來進(jìn)行。因此，該地址可為硬件實(shí)現(xiàn)的。比較該地址和其他功率模塊的地址，并且例如，協(xié)議可描述具有最低或最高地址的功率模塊用作管理數(shù)據(jù)通信的主模塊，其他模塊是從模塊。這種程序確保，如果當(dāng)前主模塊發(fā)生故障，那么CCR可通過自動(dòng)提供一個(gè)新主模塊來繼續(xù)進(jìn)行操作。
[0043]可自動(dòng)重新分配主模塊的主從協(xié)議還可稱為無主協(xié)議。
[0044]為了實(shí)現(xiàn)任何以上協(xié)議，CCR 10有利地包括與所有功率模塊13鏈接(link)的通信網(wǎng)絡(luò)17。通信網(wǎng)絡(luò)17可通過任何拓?fù)鋪韺?shí)現(xiàn)，并且有利地作為通信環(huán)。例如，該通信網(wǎng)絡(luò)可作為CAN總線來實(shí)現(xiàn)。
[0045]為了允許信息交換和適當(dāng)?shù)亟忉專總€(gè)功率模塊13設(shè)置有微處理器(微控制器)231，該微處理器經(jīng)由數(shù)據(jù)通信端口 233與通信網(wǎng)絡(luò)17進(jìn)行鏈接。微控制器231可操作為控制輸入級(jí)電路132至134?？赡艿?，功率模塊13包括第二微處理器(微控制器)232，該微處理器可操作為控制輸出級(jí)電路136至138。輸出級(jí)微處理器232可與輸入級(jí)微處理器231進(jìn)行通信，并且直接或者如圖2中所示通過輸入級(jí)微處理器231與通信網(wǎng)絡(luò)17進(jìn)行通信。能夠在輸入級(jí)微控制器231中整合集成輸出級(jí)微控制器232。通過光隔離器234和/或數(shù)據(jù)的光傳輸，可獲得在這兩個(gè)微處理器231和232之間的電絕緣。
[0046]如果實(shí)現(xiàn)上面討論的主從數(shù)據(jù)通信協(xié)議，那么分配給每個(gè)功率模塊的地址可基于微控制器的芯片的電子簽名，該電子簽名是唯一標(biāo)識(shí)符。
[0047]通信網(wǎng)絡(luò)17可進(jìn)一步鏈接至遠(yuǎn)程控制接口 18，該接口設(shè)置于CCR 10內(nèi)并且被配置為與任何遠(yuǎn)程控制實(shí)體(例如，機(jī)場(chǎng)控制塔)建立遠(yuǎn)程連接。通信網(wǎng)絡(luò)17可鏈接至人機(jī)接口 19，該接口設(shè)置于CCR 10內(nèi)并且允許操作人員，例如在維修服務(wù)期間控制CCR操作。
[0048]通信網(wǎng)絡(luò)17有利地通過專用的共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)包含與不同的設(shè)備件相關(guān)的信息。允許功率模塊13和CCR 10的其他組件(例如，遠(yuǎn)程控制接口 18)在某些優(yōu)先級(jí)規(guī)則下管理共享的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
[0049]因此，獲得模塊化，其中，有利地，甚至在一個(gè)或多個(gè)功率模塊停止服務(wù)時(shí)，允許CCR 10進(jìn)行操作。甚至能夠提供一個(gè)或多個(gè)冗余功率模塊13，如果另一個(gè)功率模塊發(fā)生故障，那么這些模塊可立即投入服務(wù)中。在微控制器231上運(yùn)行的軟件程序可實(shí)現(xiàn)這些特征。
[0050]有利地，所實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)允許每件設(shè)備，尤其是功率模塊13，了解如何組裝CCR10，例如，了解在CCR中存在的功率模塊的數(shù)量以及如何連接這些功率模塊。有利地，所實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)允許添加功率模塊或其他設(shè)備件，無需將CCR 10重新編程。有利地，所實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)允許通過適應(yīng)個(gè)別功率模塊的輸出來優(yōu)化CCR的全局功率效率。這就造成節(jié)能，并且因此是環(huán)保操作。有利地，如果發(fā)生故障，例如在功率模塊失靈時(shí)，那么所實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)允許重新配置系統(tǒng)，剩余的功率模塊可提供缺失的輸出功率。
[0051]在功率模塊13-1到13-n之間的示例合作可如下。機(jī)場(chǎng)控制塔(未顯示)設(shè)置預(yù)定的亮度級(jí)(例如，在I與5之間)，該亮度級(jí)被轉(zhuǎn)換成CCR 10的電流輸出電平，該電流輸出電平通過遠(yuǎn)程控制接口 18到達(dá)通信網(wǎng)絡(luò)17。由功率模塊13-1到13-n的所有微控制器231讀出新的設(shè)定點(diǎn)。根據(jù)數(shù)據(jù)通信(網(wǎng)絡(luò))協(xié)議，微控制器231可開始通過通信網(wǎng)絡(luò)17彼此進(jìn)行通信，使得每個(gè)微控制器231為其合適的功率模塊13建立輸出電平139，或者主功率模塊的微控制器231在讀取新的亮度級(jí)時(shí)，可為每個(gè)(從)功率模塊確定輸出電平139。舉例而言，考慮CCR具有在757V時(shí)額定輸出電流為6.6A的并聯(lián)的三個(gè)相同功率模塊，然后，如上所述，CCR的最大(額定)全局輸出在757V時(shí)為20A?，F(xiàn)在，使CCR輸出電流電平設(shè)為15A，然后，微控制器231并且可能的232彼此進(jìn)行通信，以便最后將每個(gè)功率模塊的輸出電平設(shè)為5A。由于在電平接近額定輸出電平時(shí)可更有效地操作功率模塊，所以在控制塔將CCR輸出電流電平設(shè)為7A時(shí)，該系統(tǒng)可能決定操作輸出電流電平為3.5A的兩個(gè)功率模塊，并且決定保持一個(gè)功率模塊不活動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明，這種控制算法可有利地是在功率模塊13的微控制器231中軟件實(shí)現(xiàn)的。
[0052]這樣做，有利地，CCR輸出電平可在幾毫秒內(nèi)達(dá)到所設(shè)定(預(yù)定)的電平。
[0053]在CCR 10中串聯(lián)和/或并聯(lián)鏈接的功率模塊13-1到13_n有利地同步，以便提供與線路輸入有利地同相的電流和電壓輸出139。這允許來自線路輸入的輸入功率最大時(shí)的同時(shí)，降低(sink)最大輸出功率。有利地，每個(gè)模塊在輸出信號(hào)(在輸出139)與輸入信號(hào)(在輸入131)之間提供合適的同步。這樣做，每個(gè)模塊可包括可能與輸入濾波器132耦接的相位檢測(cè)器，并且每個(gè)微控制器231可從相位檢測(cè)器中讀取線路相位定時(shí)。
[0054]在輸出信號(hào)(在輸出139)與輸入信號(hào)(在輸入131)之間獲得同步的一種可能的方法是通過微控制器231讀取/檢測(cè)輸入信號(hào)的過零點(diǎn)。由微控制器231 (或者，根據(jù)具體情況可為輸出級(jí)微控制器232)構(gòu)造與檢測(cè)的過零點(diǎn)同步的信號(hào)。這種信號(hào)有利地為輸入線路頻率例如為50Hz或60Hz的方波。該信號(hào)可被輸出級(jí)電路使用來生成具有相同過零點(diǎn)的輸出正弦波。
[0055]CCR 10有利地包括輸出測(cè)量單元16，該單元被配置為測(cè)量CCR 10的功率輸出12的參數(shù)，例如，電壓和電流電平、相位信息和頻率以及與模塊操作相關(guān)的其他參數(shù)，例如對(duì)地的負(fù)載電感和電阻。輸出測(cè)量單元16有利地鏈接至通信網(wǎng)絡(luò)17，允許將測(cè)量信息反饋給功率模塊13，以便這些模塊可使其輸出139適應(yīng)。
[0056]輸出測(cè)量單元16可被配置為測(cè)量表示輸出信號(hào)的相位信息的輸出參數(shù)。輸出測(cè)量單元16可包括電路，例如，微處理器，用于解釋所測(cè)量的輸出參數(shù)，以便計(jì)算負(fù)載的電阻部分和電抗部分?？赏ㄟ^通信網(wǎng)絡(luò)17將該信息發(fā)送給微控制器231，這些微控制器可使輸出參數(shù)(例如，輸出功率波的形狀)適合于不同類型的場(chǎng)(光)路(電阻、電感或電容)。
[0057]有利地，輸出測(cè)量單元16被配置為以小于或等于100 μ s的時(shí)間間隔(例如，大約50 μ s)測(cè)量CCR功率輸出12的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。在測(cè)量之間的時(shí)間間隔可小于或等于5 μ S，有利地在I μ s與3 μ s之間。
[0058]有利地，模塊13被配置為讀取由測(cè)量單元16饋送的相位相關(guān)的數(shù)據(jù)，并且使用該相位相關(guān)的數(shù)據(jù)，來使輸出進(jìn)行相位同步。如上所述，附加或者代替如上述的線路輸入與模塊輸出之間的“內(nèi)部”相位同步，還可提供基于“外部”數(shù)據(jù)(對(duì)于每個(gè)模塊)的這種相位同步。在附加的情況下，基于“外部”數(shù)據(jù)的相位同步可允許提高“內(nèi)部”同步的精度。
[0059]方便注意的是，由于CCR輸出是通常為50或60Hz的低頻AC信號(hào)，所以同步時(shí)間并非關(guān)鍵。
[0060]有利地，功率模塊231設(shè)置有軟件程序，當(dāng)該軟件程序在微控制器231上運(yùn)行時(shí)，被配置為至少操作功率模塊的輸入級(jí)，并且有利地操作輸入和輸出級(jí)。這樣做，與現(xiàn)有技術(shù)相比，獲得增強(qiáng)的系統(tǒng)控制，這提高了靈活性和可靠性。部分基于軟件實(shí)現(xiàn)的某些功能的這種靈活性允許CCR根據(jù)客戶要求而在不同的模式中進(jìn)行操作。在期望CCR的低功率輸出情況下，那么通過將模塊完全切換至關(guān)閉，可實(shí)現(xiàn)“綠色模式”。如果需要速度，那么所有模塊可保持始終打開，以便確?？焖俜磻?yīng)時(shí)間。通過更新軟件程序(硬件沒有任何變化)，可實(shí)現(xiàn)其他模式。
[0061]有利地，微控制器可被編程為實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)數(shù)字P/PI/PID反饋回路。這種數(shù)字控制回路具有以下優(yōu)點(diǎn):信號(hào)在施加到控制(反饋)回路之前可被數(shù)字濾波，這使得甚至在高噪聲環(huán)境下能可靠地工作。為此，功率模塊13有利地包括一個(gè)或多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，用于提供從在輸入級(jí)(模塊132至134)和輸出級(jí)(模塊136至138)兩者中的不同模塊到微控制器231 (和232)的(單向)通信。在圖2中，由模塊236表示ADC和任何可能的DAC。
[0062]方便注意的是，從微控制器到輸入/輸出級(jí)模塊的通信通常是數(shù)字通信。由于在模塊133、134、136和/或137中的電子電路可由脈寬調(diào)制(PWM)控制，所以從微控制器中發(fā)出的信號(hào)原則上不需要任何模擬轉(zhuǎn)換?；蛘撸鶕?jù)情況，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)可設(shè)置用于與微控制器231 (和232)進(jìn)行雙向通信。
[0063]在功率逆變器模塊134與整流器模塊133之間可實(shí)現(xiàn)一個(gè)這種PID反饋回路。微控制器231可編程為讀取和分析來自模塊133和134任一個(gè)中數(shù)字化的實(shí)際信號(hào)，以便提供必要的控制。舉例而言，如果功率逆變器模塊134是LLC諧振轉(zhuǎn)換器電路，那么與微控制器的信號(hào)連接(signal connect1n)可被配置為將諧振電橋的實(shí)際總線電壓饋送給微控制器。微控制器可編程為數(shù)字化比較實(shí)際總線電壓和目標(biāo)總線電壓?；诓钪?，微控制器可編程為確定和/或適應(yīng)適用于整流器133的脈寬調(diào)制(PWM)方案(占空比、頻率)，以便補(bǔ)償該差值。這樣做，可在任何情況下，獲得令人滿意的功率因數(shù)。此外，微控制器可編程為通過適應(yīng)適用于整流器133的PWM方案，來控制任何輸出級(jí)電路(模塊136、137或138)的總線電壓。
[0064]有利地，微控制器231可被編程為將PWM信號(hào)施加用于模塊134中的LLC諧振轉(zhuǎn)換器電橋的兩個(gè)分支的每個(gè)中，該信號(hào)在這兩個(gè)分支之間可不同。除了上面討論的以外，這還可通過在微控制器231中實(shí)現(xiàn)第二 PID反饋回路來獲得。第一 PID反饋回路用于低負(fù)載并且控制向LLC諧振電橋134的兩個(gè)分支提供的兩個(gè)PWM信號(hào)之間的相移。對(duì)于更高的負(fù)載，如果目標(biāo)電壓未達(dá)到180°相移(S卩，第一 PID反饋回路的最大輸出)，那么第二 PID反饋回路開始運(yùn)轉(zhuǎn)，以便進(jìn)一步增大輸出電壓。這減小了這兩個(gè)分支的PWM信號(hào)頻率，直到保持180°相移同時(shí)獲得期望的總線電壓(由微控制器231讀取)。
[0065]還可在軟件程序中實(shí)現(xiàn)額外的數(shù)字PID反饋回路，該軟件程序被配置為在微控制器231/232上運(yùn)行，以便控制任一個(gè)輸出級(jí)電路136至138的總線電壓。為此，如在本領(lǐng)域中已知的，可以使用在輸出級(jí)電橋136和/或137中進(jìn)行的脈寬調(diào)制。與輸入級(jí)類似，信號(hào)連接可通過ADC設(shè)置在電橋136/137與微控制器231/232之間。
[0066]有利地，一組不同的PWM信號(hào)方案可儲(chǔ)存在微控制器中，并且對(duì)這些信號(hào)方案的應(yīng)用與從DC輸出到高頻AC輸出的輸出波形有關(guān)。
[0067]有利地，建立根據(jù)本發(fā)明的功率模塊13，使得這些功率模塊可被安裝到標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架中(racks)。僅僅通過將一個(gè)或多個(gè)功率模塊加入機(jī)架中，利用相同的大小的機(jī)架，可組裝根據(jù)本發(fā)明的不同額定輸出的CCR。而先前的制造商對(duì)于不同的額定輸出功率的CCR需要不同的變壓器和不同的電壓轉(zhuǎn)換板，所以根據(jù)本發(fā)明，可基于一個(gè)和相同功率模塊能夠組裝各種CCR，它極大地減少庫(kù)存并節(jié)約制造成本。此外，將功率模塊內(nèi)變壓器操作在高頻，進(jìn)一步允許減小功率模塊的尺寸和重量，使得與現(xiàn)有技術(shù)CCR相比，根據(jù)本發(fā)明的CCR至少具有相似，且有利地更小的尺寸和重量。
[0068]功率模塊13有利地具有小于或等于1kVA的額定功率輸出，有利地小于或等于8kVA，有利地小于或等于6kVA。功率模塊13的額定功率輸出有利地至少為lkVA，有利地至少為2kVA。所指示的額定值位于電阻式負(fù)載上。根據(jù)本發(fā)明的恒定電流調(diào)節(jié)器有利地包括I到10個(gè)功率模塊，有利地介于I與6之間。
【權(quán)利要求】
1.一種恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，用于為機(jī)場(chǎng)照明設(shè)備的串聯(lián)電路(9)提供與預(yù)定輸出功率對(duì)應(yīng)的AC輸出電功率，所述恒定電流調(diào)節(jié)器包括:被配置為電連接的多個(gè)模塊(13)，所述多個(gè)模塊用于同時(shí)操作以共同提供所述輸出功率，所述模塊各自被配置用于提供為所述調(diào)節(jié)器的輸出功率做貢獻(xiàn)的模塊輸出功率，其特征在于，每個(gè)模塊包括:用于提供根據(jù)本地標(biāo)準(zhǔn)要求的電絕緣的適當(dāng)?shù)淖儔浩?135)以及用于控制所述模塊的操作的微控制器(231)，并且其特征在于，所述恒定電流調(diào)節(jié)器包括:被配置為連接至所述模塊(13)的所述微控制器(231)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)(17)，其中，所述微控制器(231)可操作為經(jīng)由所述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)(17)交換數(shù)據(jù)以使所述恒定電流調(diào)節(jié)器(10)模塊化，意味著一個(gè)或多個(gè)所述模塊(13)能夠被加入所述恒定電流調(diào)節(jié)器或者從所述恒定電流調(diào)節(jié)器移除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，其中，每個(gè)變壓器(135)具有初級(jí)側(cè)(235)和次級(jí)側(cè)(335)，并且每個(gè)模塊(13)包括: -輸入級(jí)電路(132至134)，被配置用于連接至電源線并且連接至所述變壓器(135)的初級(jí)側(cè)(235)，其中，所述輸入級(jí)電路可操作為給所述變壓器的初級(jí)側(cè)提供頻率大于或等于IkHz的AC電壓,優(yōu)選頻率大于或等于1kHz的AC電壓,優(yōu)選頻率大于或等于20kHz的AC電壓，以及 -輸出級(jí)電路(136至138)，連接至所述變壓器(135)的次級(jí)側(cè)(335)并且被配置為提供所述模塊輸出功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，其中，所述輸出級(jí)電路包括功率逆變器(137)，所述功率逆變器可操作用于在至少10 kHz的頻率切換，優(yōu)選在至少20kHz的頻率切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的恒定電流調(diào)節(jié)器，其中，每個(gè)模塊(13)包括:一個(gè)或多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(236)以及通過所述一個(gè)或多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器而在所述微控制器(231)與一個(gè)或多個(gè)輸入級(jí)電路之間的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)連接，其中，所述微控制器可操作為基于通過所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)連接所接收的信號(hào)來控制所述一個(gè)或多個(gè)輸入級(jí)電路的操作。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，其中，每個(gè)模塊包括:用于獲取與所述模塊的功率輸入(131)有關(guān)的相位信息的裝置，并且其中，每個(gè)模塊被配置為基于獲取的所述相位信息使模塊功率輸出(139)同步。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，包括:用于獲取與所述調(diào)節(jié)器的功率輸出(12)有關(guān)的相位信息、用于為所述模塊(13)提供獲取的調(diào)節(jié)器功率輸出的相位信息的裝置(16)，并且其中，每個(gè)模塊被配置為基于獲取的所述調(diào)節(jié)器功率輸出的相位信息使模塊功率輸出(139)同步。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，其中，所述模塊(13)具有相同的額定最大輸出功率。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，其中，所述微控制器(231)和所述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)(17)被配置為實(shí)現(xiàn)允許所述恒定電流調(diào)節(jié)器在增加或移除模塊(13)時(shí)自動(dòng)重新配置的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，其中，所述數(shù)據(jù)通信協(xié)議被配置為將地址分配給每個(gè)模塊，以經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)(17)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的恒定電流調(diào)節(jié)器，其中，所述數(shù)據(jù)通信協(xié)議被配置為實(shí)現(xiàn)主從通信協(xié)議，其中，一個(gè)模塊用作用于經(jīng)由所述網(wǎng)絡(luò)(17)進(jìn)行通信的主模塊，并且其中，所述主模塊能夠自動(dòng)地改變。
11.根據(jù)權(quán)利要求9和10所述的恒定電流調(diào)節(jié)器，其中，所述數(shù)據(jù)通信協(xié)議被配置為基于分配的所述地址選擇所述主模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或11所述的恒定電流調(diào)節(jié)器，其中，分配給每個(gè)模塊的所述地址是固定地址，優(yōu)選是硬件實(shí)現(xiàn)的地址。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，其中，所述通信網(wǎng)絡(luò)(17)可操作用于基于共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在所述模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，其中，所述模塊(13)被配置用于基于無主數(shù)據(jù)通信協(xié)議經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)(17)在所述模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并且其中，每個(gè)模塊被配置用于基于所述數(shù)據(jù)通信確定其對(duì)所述調(diào)節(jié)器的輸出功率的適當(dāng)貢獻(xiàn)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，包括:遠(yuǎn)程控制接口(18)，所述遠(yuǎn)程控制接口被配置用于連接至所述通信網(wǎng)絡(luò)(17)并且可操作為建立用于設(shè)定所述預(yù)定輸出功率的遠(yuǎn)程連接。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，包括:輸出測(cè)量單元(16)，所述輸出測(cè)量單元被配置用于連接在所述調(diào)節(jié)器(10)的輸出側(cè)(12)并且可操作為測(cè)量一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)器輸出參數(shù)，例如信號(hào)相位信息，并且所述輸出測(cè)量單元可操作為將所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)反饋至所述模塊(13)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，其中，經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)(17)反饋所述測(cè)量單元的一個(gè)或多個(gè)輸出參數(shù)。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，其中，至少兩個(gè)所述模塊(13)的功率輸出串聯(lián)連接。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)，其中，至少兩個(gè)所述模塊(13)的功率輸出并聯(lián)連接。
20.一種根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)中所述的模塊(13)，所述模塊被配置為用于根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的恒定電流調(diào)節(jié)器(10)中，所述模塊包括連接至所述微控制器(231)的數(shù)據(jù)通信端口(233)，其中，所述微控制器(231)利用被編程為經(jīng)由所述數(shù)據(jù)通信端口與至少一個(gè)其他模塊進(jìn)行通信以確定所述模塊輸出功率的數(shù)據(jù)通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】H02M7/81GK104322150SQ201380027122
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月27日
【發(fā)明者】洛倫佐·杜拉科爾納, 費(fèi)代里科·卡內(nèi)塔 申請(qǐng)人:Adb有限責(zé)任公司