專利名稱：改進(jìn)的dc總線調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般地涉及一種功率傳輸網(wǎng)絡(luò)。特別地，本公開涉及操作來自一個或多個交流(AC)或者直流(DC)功率發(fā)電機的DC功率系統(tǒng)。更特別的是，本公開涉及對在AC和 DC功率網(wǎng)絡(luò)之間的能量轉(zhuǎn)移的調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
功率傳輸網(wǎng)絡(luò)可由AC系統(tǒng)、DC系統(tǒng)或者兩者的結(jié)合組成。AC功率網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)上已經(jīng)在全球應(yīng)用。但是，DC功率網(wǎng)絡(luò)具有一定的優(yōu)點。由于DC功率網(wǎng)絡(luò)不會向功率系統(tǒng)中引入電抗，因此它們易于設(shè)計以及實施。在DC系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)來自發(fā)電機的較高效率，這是由于只有有功功率被傳輸。另外，由于DC電源的運行頻率為0Hz，因此電源的并行化很簡單。由此，當(dāng)額外的電源或者負(fù)載被接入到網(wǎng)絡(luò)上時，不需要進(jìn)行同步。AC功率網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)使用是易于在長距離上傳輸AC功率和采用變壓器來處理電壓改變的結(jié)果。但是，在短距離上，諸如在孤立環(huán)境中的那些，DC功率傳輸網(wǎng)絡(luò)由于前面解釋的原因，可能是有利的。如今可用的高功率發(fā)電機通常產(chǎn)生AC功率。由此，由AC發(fā)電機供電的DC傳輸網(wǎng)絡(luò)的運行需要從AC至DC以及從DC至AC的變換。功率網(wǎng)絡(luò)的可靠運行是許多電子系統(tǒng)的關(guān)鍵元素，這些電子系統(tǒng)例如是在鉆探平臺或者船艦上以運行船載推進(jìn)器。鉆探船在海洋中并不錨定，而是被動態(tài)地控制來保持在海洋中的期望位置。推進(jìn)器被用于將裝置保持在鉆探設(shè)備的特定容差內(nèi)。推進(jìn)器是螺旋槳驅(qū)動器，其能夠具有可變的旋轉(zhuǎn)速度和槳葉方位角。這些推進(jìn)器通過鉆探船上船載的電源而運行。電源的任何故障都可以導(dǎo)致船移位到鉆探設(shè)備的容差之外。在這樣的情況下，鉆探設(shè)備將需要被機械地分離并在電源恢復(fù)且校正了鉆探船的位置后被重新耦合。促進(jìn)可靠的電源的一個方法是采用DC總線來對推進(jìn)器以及其他元件供電。這樣的功率傳輸系統(tǒng)在圖1中示出。在這樣的系統(tǒng)中，電源通常由耦合至AC至DC變換器的AC 發(fā)電機組成。該AC至DC變換器將來自AC發(fā)電機的功率置于中間DC總線上。中間DC總線可用DC發(fā)電機或者電池備用系統(tǒng)進(jìn)行擴增。鉆探船船載的每個電機或者推進(jìn)器以及其它使用中間DC總線的裝置通過DC至AC變換器耦合至中間DC總線。圖1是示出將多個AC電壓生成系統(tǒng)耦合至不同負(fù)載的傳統(tǒng)DC電壓總線的框圖。 功率系統(tǒng)100包括發(fā)電機102。發(fā)電機102通過隔離裝置106耦合至AC總線104。當(dāng)不需要發(fā)電機102或者發(fā)電機102故障時，隔離裝置106允許發(fā)電機102從總線上去除。AC總線104耦合至變壓器108以對傳輸至線110的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。AC至DC變換器112耦合至線110并且將AC功率變換為DC功率以輸出至中間DC總線120上。DC至AC變換器130耦合至DC總線120。DC至AC變換器130將DC功率變換為AC功率，其中大多數(shù)元件被設(shè)計為使用AC功率。線132耦合至DC至AC變換器130，負(fù)載可被連接到線132。電機134耦合至線132，并且電機134可以是例如推進(jìn)器。另外，變壓器135耦合至線132以對用于負(fù)載136的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。負(fù)載136可以是例如燈泡。有多種方法用于實施將來自AC發(fā)電機的功率輸送至中間DC總線上所必需的AC 至DC變換器。這些方法通常采用或者是二極管、控硅整流器(SCR)或者是晶體管的使用。用于AC至DC功率變換的一種設(shè)備是二極管整流器(或二極管包)。二極管整流器的多種形式是公知的。一種典型的二極管整流器是全波二極管整流器。鉆探船上的AC 功率系統(tǒng)典型地使用三相波形，使得典型地采用六個二極管整流器的配置。二極管僅在二極管的陽極處的電壓大于該二極管的陰極處的電壓時才傳導(dǎo)電流。圖2是示出了用于三相 AC功率的傳統(tǒng)的二極管全波整流器的示意圖。二極管整流器200接受來自三相AC源202 的輸入。整流器200包括用于整流第一相的二極管204、用于整流第二相的二極管206以及用于整流第三相的二極管208。在每種情況下需要兩個二極管以從正AC周期以及負(fù)AC周期二者產(chǎn)生輸出。二極管204、二極管206以及二極管208被耦合在AC源202以及DC總線 210之間。電容器212耦合至DC總線210以平均DC總線210上的電壓波動。雖然將整流器200示出為單個整流器布置，但具有一功率容量的若干單獨的布置可被并聯(lián)放置以產(chǎn)生具有更高功率容量的整流器200。二極管整流器可從不同的廠商購買獲得或者可通過布置單獨購買的二極管而被構(gòu)造成。二極管整流器的優(yōu)點在于部件的低成本。單獨的二極管以及整個整流器對于高功率配置、即幾兆瓦(MW)來說相對低廉。與其他以等同的功率負(fù)載可獲得的解決方案相比， 二極管也是相對小的裝置。但是二極管整流器沒有調(diào)節(jié)輸出電壓或電流的能力。另外，它們僅在一個方向上導(dǎo)通。由于不能調(diào)節(jié)來自二極管整流器的輸出電壓或電流，也被稱為晶閘管整流器的 SCR替代二極管的位置被大量使用。圖3是示出用于三相AC至DC變換的SCR的傳統(tǒng)布置的示意圖。SCR包300接受來自三相AC源302的輸入。SCR包300包括用于變換第一相的 SCR 304、用于變換第二相的SCR 306以及用于變換第三相的SCR 308。每個單獨的SCR包括用于接受輸入的門極端子305。在每種情況下需要兩個SCR以從正AC周期以及負(fù)AC周期兩者產(chǎn)生輸出。SCR304、SCR 306以及SCR 308耦合到AC源302以及耦合到DC總線310。 電容器312耦合至DC總線310以平均DC總線310上的電壓波動。雖然SCR包300被示出為SCR布置，但具有一功率容量的若干單獨的布置可被并聯(lián)放置以產(chǎn)生具有更高功率容量的 SCR 包 300。當(dāng)在AC周期中門極端子305導(dǎo)通時通過經(jīng)由門極端子305進(jìn)行控制，可以在SCR 中調(diào)節(jié)輸出電流。SCR也提供二極管的低成本、小體積以及可靠性。SCR的缺點在于其切換時間緩慢，該切換時間必須與AC電源同步地發(fā)生。由此，它們不太適于處理在功率系統(tǒng)的不穩(wěn)定期間所經(jīng)歷的功率負(fù)載改變。另外，一旦SCR通過門極端子305被導(dǎo)通，則它不可以通過門極端子305被關(guān)斷。晶體管為AC至DC功率變換提供了另一種解決方案。圖4是示出用于三相AC至 DC功率變換的晶體管的傳統(tǒng)布置的示意圖。晶體管包400接受來自三相AC源402的輸入。 晶體管包400包括用于變換第一相的晶體管404、用于變換第二相的晶體管406以及用于變換第三相的晶體管408。另外，二極管405在兩端上耦合至晶體管404以保護(hù)晶體管404免遭可能發(fā)生在晶體管404的兩端的破壞電壓以及完成功率轉(zhuǎn)移電路。對耦合至晶體管406 的二極管407以及耦合至晶體管408的二極管409重復(fù)該設(shè)置。電感403在功率抵達(dá)晶體管404、晶體管406以及晶體管408之前調(diào)節(jié)功率。晶體管404、晶體管406、晶體管408耦合至AC源402以及DC總線410。電容器412耦合至DC總線410以平均DC總線410上的電壓波動。雖然晶體管包400被示出為晶體管布置，但具有一功率容量的若干獨立的布置可被并聯(lián)放置以產(chǎn)生具有更高功率容量的晶體管包400。晶體管具有比SCR更快的開關(guān)特性以及控制導(dǎo)通和關(guān)斷時刻的能力，從而使得晶體管在由于有效負(fù)載導(dǎo)致的瞬變的情況下成為更好的解決方案。另外，晶體管允許通過變換器的雙向功率流。這允許功率從DC總線移動返回至AC總線。典型地，要求并聯(lián)地布置多個基于晶體管的變換裝置以處理大負(fù)載。晶體管相對于二極管和SCR來說是昂貴的裝置， 并且占據(jù)顯著更大量的空間。另外，晶體管是脆弱的其容易破裂。由此，需要一種具有晶體管的快速切換能力以及二極管或SCR的低成本、耐久性以及小覆蓋區(qū)的功率系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于連接AC總線以及DC總線的設(shè)備，包括耦合到AC總線且耦合到DC總線的一個或多個晶體管的集合；耦合到AC總線且耦合到DC總線的一個或多個二極管的集合；以及微控制器，其耦合至所述一個或多個晶體管的集合，并且被配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合的電流以及調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個二極管的集合的電流。微控制器可被配置為通過調(diào)節(jié)DC總線上的電壓來調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個二極管的集合的電流。微控制器還可被配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合以及所述一個或多個二極管的集合的電流以使得當(dāng)DC總線的功率負(fù)載位于第一功率范圍中時，基本上所有的功率都流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合。所述一個或多個晶體管的集合可具有第一總功率容量，并且所述一個或多個二極管的集合可具有第二總功率容量，其中第一總功率容量小于第二總功率容量，并且其中第一功率范圍可以在0和部分地根據(jù)第一總功率容量動態(tài)地選擇的水平之間。該設(shè)備還可包括一個或多個功率消耗或存儲裝置的集合；以及耦合至 DC總線以及所述一個或多個功率消耗裝置的集合的開關(guān)，其中微控制器進(jìn)一步被配置為對到所述一個或多個功率消耗或存儲裝置的集合的功率轉(zhuǎn)移進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述一個或多個功率消耗裝置的集合可包括電阻器。所述一個或多個功率消耗裝置的集合可包括電容器。所述一個或多個晶體管的集合可包括一個或多個晶體管包，每個晶體管包被配置為作為獨立的單元而運行。該設(shè)備還可包括布置在AC總線和晶體管包中的一個晶體管包之間的開關(guān)， 使得該晶體管包不是直接耦合至AC總線，該開關(guān)耦合至AC總線、AC負(fù)載裝置以及該晶體管包，其中該開關(guān)被配置為選擇性地將晶體管包耦合至AC總線或者AC負(fù)載裝置；其中該晶體管包被配置為當(dāng)被耦合至AC總線和DC總線時執(zhí)行AC至DC的功率變換，以及當(dāng)被耦合至DC總線和AC負(fù)載裝置時執(zhí)行DC至AC的功率變換。一種用于連接AC總線和DC總線的設(shè)備，包括耦合到AC總線且耦合到DC總線的一個或多個晶體管的集合；耦合到AC總線且耦合到DC總線的一個或多個SCR的集合；以及第一微控制器，其耦合至所述一個或多個晶體管的集合，并且被配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合的電流以及調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。第一微控制器可被配置為通過調(diào)節(jié)DC總線上的電壓來調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。第一微控制器可通過控制SCR的門極來進(jìn)一步調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。 該設(shè)備還可包括耦合至所述一個或多個SCR的第二微控制器；其中第一微控制器通過向第二微控制器發(fā)送信號來調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。微控制器可被配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合以及所述一個或多個SCR的集合的電流以使得當(dāng)DC總線的功率負(fù)載位于第一功率范圍內(nèi)時，基本上所有的功率都流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合。所述一個或多個晶體管的集合可具有第一總功率容量，并且所述一個或多個SCR的集合可具有第二總功率容量，其中第一總功率容量小于第二總功率容量，并且其中第一功率范圍在0和部分地根據(jù)第一總功率容量動態(tài)地選擇的水平之間。該設(shè)備還可包括一個或多個功率消耗裝置的集合；以及耦合至DC總線以及所述一個或多個功率消耗裝置的集合的開關(guān)，其中第一微控制器進(jìn)一步被配置為對到所述一個或多個功率消耗裝置的集合的功率轉(zhuǎn)移進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述一個或多個功率消耗裝置的集合可包括電阻器。所述一個或多個功率消耗裝置的集合可包括電容器。一種用于連接AC總線與DC總線的方法，該AC總線耦合至一個或多個發(fā)電機的集合，該方法包括將具有第一總功率容量的一個或多個晶體管的集合耦合至AC總線和DC總線；將具有第二總功率容量的一個或多個二極管的集合耦合至AC總線和DC總線；以及調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合以及所述一個或多個二極管的集合的電流，以使得當(dāng) DC總線的功率負(fù)載位于第一功率范圍內(nèi)時，基本上所有的功率都流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合；其中第一總功率容量基本上小于所述一個或多個發(fā)電機的集合的總功率容量。 可以將第一功率范圍選擇為至少部分地對應(yīng)于如下這樣的功率范圍在該功率范圍中已知整個系統(tǒng)是較不穩(wěn)定的，其中所述整個系統(tǒng)包括所述一個或多個發(fā)電機、AC總線以及DC總線。第一功率范圍可以是在0與一水平之間，該水平可部分地根據(jù)第一總功率容量來動態(tài)地選擇。該水平可部分地通過所述一個或多個發(fā)電機的容量來動態(tài)地選擇。所述調(diào)節(jié)電流的步驟可以包括調(diào)節(jié)DC總線上的電壓。該方法還可包括通過開關(guān)將DC總線耦合至一個或多個功率消耗或存儲裝置的集合；當(dāng)DC總線的功率負(fù)載高于第二水平時，調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個功率消耗或存儲裝置的集合的電流。該第二水平可部分地根據(jù)第一總功率容量來動態(tài)地選擇。一種用于AC至DC以及DC至AC的功率變換的設(shè)備，包括一個或多個晶體管包的集合，每個晶體管包被配置為作為耦合至AC總線和DC總線的獨立的單元而工作；設(shè)置在 AC總線和所述晶體管包中的一個晶體管包之間的開關(guān)，以使得該晶體管包不直接耦合至 AC總線，該開關(guān)耦合至AC總線、AC負(fù)載裝置以及該晶體管包，其中該開關(guān)被配置為選擇性地將該晶體管包耦合至AC總線或者AC負(fù)載裝置；其中該晶體管包被配置為當(dāng)被耦合至AC 總線和DC總線時執(zhí)行AC至DC的功率變換，以及當(dāng)被耦合至DC總線和AC負(fù)載裝置時執(zhí)行 DC至AC的功率變換。該設(shè)備還可包括設(shè)置在AC總線和所述晶體管包中的第二晶體管包之間的第二開關(guān)，使得第二晶體管包不直接耦合至AC總線，該開關(guān)耦合至AC總線、AC負(fù)載裝置以及第二晶體管包，其中該開關(guān)被配置為選擇性地將第二晶體管包耦合至AC總線或者AC負(fù)載裝置；其中第二晶體管包被配置為當(dāng)被耦合至AC總線和DC總線時執(zhí)行AC至DC 的功率變換，以及當(dāng)被耦合至DC總線和AC負(fù)載裝置時執(zhí)行DC至AC的功率變換。一種用于連接AC總線和DC總線的設(shè)備，包括耦合到AC總線且耦合到DC總線的一個或多個晶體管的集合；耦合到AC總線且耦合到DC總線的一個或多個SCR的集合；以及微控制器，其耦合至所述一個或多個晶體管的集合，并且被配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合的電流以及調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。微控制器可被配置為通過調(diào)節(jié)DC總線上的電壓來調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。微控制器可被配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合以及所述一個或多個SCR的集合的電流，以使得當(dāng)DC總線的功率負(fù)載位于第一功率范圍內(nèi)時，基本上所有的功率都流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合。所述一個或多個晶體管的集合可具有第一總功率容量，并且所述一個或多個SCR的集合可具有第二總功率容量，其中第一總功率容量小于第二總功率容量，并且其中第一功率范圍在0與部分地根據(jù)第一總功率容量而動態(tài)地選擇的水平之間。 該設(shè)備還可包括一個或多個功率消耗或存儲裝置的集合；以及耦合至DC總線以及所述一個或多個功率消耗裝置的集合的開關(guān)，其中微控制器進(jìn)一步被配置為對到所述一個或多個功率消耗或存儲裝置的集合的功率轉(zhuǎn)移進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述一個或多個功率消耗裝置的集合可包括電阻器。所述一個或多個功率消耗裝置的集合可包括電容器。所述一個或多個晶體管的集合可包括一個或多個晶體管包，每個晶體管包被配置為作為獨立的單元而工作。該設(shè)備還可包括在AC總線和所述晶體管包中的一個晶體管包之間設(shè)置的開關(guān)，使得該晶體管包不直接耦合至AC總線，該開關(guān)耦合至AC總線、AC負(fù)載裝置以及該晶體管包，其中該開關(guān)被配置為選擇性地將該晶體管包耦合至AC總線或者AC負(fù)載裝置；其中該晶體管包被配置為當(dāng)被耦合至AC總線和DC總線時執(zhí)行AC至DC的功率變換，以及當(dāng)被耦合至DC總線和AC 負(fù)載裝置時執(zhí)行DC至AC的功率變換。一種用于連接AC總線和DC總線的設(shè)備，包括耦合到AC總線且耦合到DC總線的一個或多個晶體管的集合；耦合到AC總線且耦合到DC總線的一個或多個SCR的集合；以及第一微控制器，其耦合至所述一個或多個晶體管的集合，并且被配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合的電流以及調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。第一微控制器可被配置為通過調(diào)節(jié)DC總線上的電壓來調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。第一微控制器可通過控制SCR的門極來進(jìn)一步調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。 該設(shè)備還可包括耦合至所述一個或多個SCR的第二微控制器；其中第一微控制器通過向第二微控制器發(fā)送信號來調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。該微控制器可被配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合以及所述一個或多個SCR的集合的電流，以使得當(dāng)DC總線的功率負(fù)載位于第一功率范圍內(nèi)時，基本上所有的功率都流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合。所述一個或多個晶體管的集合可具有第一總功率容量以及所述一個或多個SCR的集合可具有第二總功率容量，其中第一總功率容量小于第二總功率容量，并且其中第一功率范圍在0和部分地根據(jù)第一總功率容量而動態(tài)地選擇的水平之間。該設(shè)備還可包括一個或多個功率消耗裝置的集合；以及耦合至DC總線以及所述一個或多個功率消耗裝置的集合的開關(guān)，其中第一微控制器進(jìn)一步被配置為對到所述一個或多個功率消耗裝置的集合的功率轉(zhuǎn)移進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述一個或多個功率消耗裝置的集合可包括電阻器。所述一個或多個功率消耗裝置的集合可包括電容器。一種用于連接AC總線與DC總線的方法，該AC總線耦合至一個或多個發(fā)電機的集合，其中該方法包括將具有第一總功率容量的一個或多個晶體管的集合耦合至AC總線和 DC總線；將具有第二總功率容量的一個或多個SCR的集合耦合至AC總線和DC總線；以及調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合以及所述一個或多個SCR的集合的電流，以使得當(dāng)DC 總線的功率負(fù)載位于第一功率范圍內(nèi)時，基本上所有的功率都流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合；其中第一總功率容量基本上小于所述一個或多個發(fā)電機的集合的總功率容量?？梢詫⒌谝还β史秶x擇為至少部分地對應(yīng)于如下這樣的功率范圍在該功率范圍中，已知整個系統(tǒng)是較不穩(wěn)定的，其中所述整個系統(tǒng)包括所述一個或多個發(fā)電機、AC總線以及DC總線。第一功率范圍可在0至一水平之間。該水平可部分地根據(jù)第一總功率容量來動態(tài)地選擇。該水平可部分地根據(jù)所述一個或多個發(fā)電機的容量來動態(tài)地選擇。調(diào)節(jié)電流的步驟可包括調(diào)節(jié)DC總線上的電壓。該方法還可包括通過開關(guān)將DC總線耦合至一個或多個功率消耗或存儲裝置的集合；當(dāng)DC總線的功率負(fù)載高于第二水平時，調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個功率消耗或存儲裝置的集合的電流。該第二水平可部分地根據(jù)第一總功率容量來動態(tài)地選擇。一種用于AC至DC以及DC至AC的功率變換的設(shè)備，包括一個或多個晶體管包的集合，每個晶體管包被配置為作為耦合至AC總線和DC總線的獨立的單元而工作；設(shè)置在AC總線和所述晶體管包中的一個晶體管包之間的開關(guān)，使得該晶體管包不直接耦合到 AC總線，該開關(guān)耦合到AC總線、AC負(fù)載裝置以及該晶體管包，其中該開關(guān)被配置為選擇性地將該晶體管包耦合至AC總線或者AC負(fù)載裝置；其中該晶體管包被配置為當(dāng)被耦合至AC 總線和DC總線時執(zhí)行AC至DC的功率變換，以及當(dāng)被耦合至DC總線和AC負(fù)載裝置時執(zhí)行 DC至AC的功率變換。該設(shè)備還可包括設(shè)置在AC總線和所述晶體管包中的第二晶體管包之間的第二開關(guān)，使得第二晶體管包不直接耦合至AC總線，該開關(guān)耦合至AC總線、AC負(fù)載裝置以及第二晶體管包，其中該開關(guān)被配置為選擇性地將第二晶體管包耦合至AC總線或者AC負(fù)載裝置；其中第二晶體管包被配置為當(dāng)被耦合至AC總線和DC總線時執(zhí)行AC至DC 的功率變換，以及當(dāng)被耦合至DC總線和AC負(fù)載裝置時執(zhí)行DC至AC的功率變換。一種與AC發(fā)電機、AC負(fù)載以及DC總線一起使用的設(shè)備，包括被配置為執(zhí)行AC 至DC的功率變換和DC至AC的功率變換的晶體管包，所述晶體管包包括至少第一輸入和第二輸入；第一開關(guān)，其耦合至AC發(fā)電機、AC負(fù)載、DC總線以及晶體管包的第一輸入；第一開關(guān)被布置為將晶體管包的第一輸入連接至AC發(fā)電機、AC負(fù)載或者DC總線；第二開關(guān)，其耦合至AC發(fā)電機、AC負(fù)載、DC總線以及晶體管包的第二輸入，第二開關(guān)被布置為將晶體管包的第二輸入連接至AC發(fā)電機、AC負(fù)載或者DC總線；以及微控制器，其被配置為在第一情況中，指示第一開關(guān)和第二開關(guān)連接晶體管包的第一和第二輸入以使得晶體管包可將來自AC 發(fā)電機的AC功率變換成用于DC總線的DC功率，以及在第二情況中，指示第一開關(guān)和第二開關(guān)連接晶體管包的第一和第二輸入以使得晶體管包可將來自DC總線的DC功率變換成用于AC負(fù)載的AC功率。微控制器可被配置為指示第一開關(guān)將晶體管包的第一輸入連接至AC 發(fā)電機，以及指示第二開關(guān)將晶體管包的第二輸入連接至DC總線以使得晶體管包可將來自AC發(fā)電機的AC功率變換成用于DC總線的DC功率，以及該微控制器可被進(jìn)一步配置為指示第一開關(guān)將晶體管包的第一輸入連接至DC總線以及指示第二開關(guān)將晶體管包的第二輸入連接至AC負(fù)載以使得晶體管包可將來自DC總線的DC功率變換成用于AC負(fù)載的AC 功率。一種用于與發(fā)電機、負(fù)載和DC總線相結(jié)合地使用能夠執(zhí)行AC至DC、DC至AC或DC 至DC的變換的晶體管包的方法，該方法包括將晶體管包耦合至發(fā)電機以及DC總線以使得晶體管包可執(zhí)行AC至DC或DC至DC的變換。該方法還包括將晶體管包耦合至DC總線和負(fù)載以使得晶體管包可執(zhí)行DC至AC的變換或DC至DC的變換。


為了更透徹地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參考集合附圖所進(jìn)行的下面的說明，在附圖中圖1是示出將多個AC電壓生成系統(tǒng)耦合至各個負(fù)載的傳統(tǒng)的DC電壓總線的框圖。圖2是示出傳統(tǒng)的六個二極管全波二極管整流器的示意圖。圖3是示出用于AC至DC的變換的SCR的傳統(tǒng)布置的示意圖。圖4是示出晶體管的傳統(tǒng)布置的示意圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的由功率變換系統(tǒng)經(jīng)歷的不同工作區(qū)域的圖
7J\ ο圖6是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的采用晶體管包和二極管包的示例性DC總線調(diào)節(jié)器的示意圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的采用晶體管包和SCR包的示例性DC總線調(diào)節(jié)器的示意圖。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的采用電阻器的示例性DC總線調(diào)節(jié)器的示意圖。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的采用電阻器和電容器的示例性DC總線調(diào)節(jié)器的示意圖。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于AC至DC、DC至AC以及DC至DC變換的擺動包(swing pack)的框圖。
具體實施例方式在某些時間，與其他相比，更可能需要DC總線調(diào)節(jié)器中的快速切換特性。在特定條件下，更加可能的是，負(fù)載場景可能是不可預(yù)測的并且經(jīng)歷快速的變化，從而使得為了保持功率系統(tǒng)的穩(wěn)定性必須進(jìn)行快速切換。例如，在海上鉆探設(shè)備上的功率系統(tǒng)的情況下，當(dāng)負(fù)載相比于在線發(fā)電機容量來說較小時，功率系統(tǒng)易于不穩(wěn)定。在這些不穩(wěn)定的條件下，晶體管的快速反應(yīng)時間是期望的。但是，當(dāng)功率系統(tǒng)穩(wěn)定時，可能并不需要快速切換。當(dāng)不需要晶體管的快速切換時，二極管或者SCR對于功率變換來說是更耐用并且性價比更高的解決方案。通過認(rèn)識到僅在特定的系統(tǒng)條件(諸如用于海上鉆探設(shè)備功率系統(tǒng)的相比于發(fā)電機容量的低功率負(fù)載場景)下需要晶體管的快速切換能力，可以將系統(tǒng)設(shè)計為包括僅處理總功率負(fù)載的一部分的晶體管以及處理其余負(fù)載的二極管或SCR。因此，與用于相同總功率負(fù)載的全晶體管系統(tǒng)相比，這樣的混合系統(tǒng)可減小尺寸并降低成本，同時，在需要時仍能夠保持快速切換能力。僅通過簡單地組合這兩種技術(shù)來實現(xiàn)這樣的系統(tǒng)是不可能，這是由于這兩種技術(shù)通常執(zhí)行同樣的功能。相反，混合系統(tǒng)的產(chǎn)生需要利用以下這樣的控制系統(tǒng) 該控制系統(tǒng)識別更需要快速切換的功率條件以及系統(tǒng)可能更穩(wěn)定的功率條件。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的由海上鉆探設(shè)備功率系統(tǒng)中的示例性DC總線調(diào)節(jié)器經(jīng)歷的不同工作區(qū)域的圖示。圖500在y軸501上繪出流經(jīng)DC總線調(diào)節(jié)器的功率流，相對地在χ軸502上繪出DC總線的功率消耗。線503、504、505以及506表示包括在示例性DC總線調(diào)節(jié)器中的晶體管的總?cè)萘?，其僅僅是由線507和508表示的系統(tǒng)的總?cè)萘康囊徊糠帧^(qū)域51覆蓋了從AC發(fā)電機到DC總線的正向?qū)?。區(qū)域51具有兩個工作模式。在區(qū)域511中，晶體管處于正向?qū)āＴ趨^(qū)域512中，晶體管的容量已被超過，并且二極管被切換為接通以輔助處理大的負(fù)載。區(qū)域52覆蓋了從DC總線到AC發(fā)電機的逆向?qū)ā?區(qū)域52具有兩種工作模式。在區(qū)域521中，晶體管工作在逆向?qū)ㄖ?。在區(qū)域522中，晶體管的容量已被超過，并且一組電阻器或其他功率消耗或存儲裝置被切換為接通以消耗DC 總線的額外的功率。圖5示出了一種示例性工作圖示。線503、504、505以及506可以是預(yù)先定義的水平或者是基于功率系統(tǒng)的工作條件而動態(tài)地選擇的。下面將討論其他替代方式并且本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本文中的教導(dǎo)可認(rèn)識到其他方式。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的采用晶體管包和二極管包的示例性DC總線調(diào)節(jié)器的示意圖。調(diào)節(jié)器600可用于實施圖5中所示的工作圖示。調(diào)節(jié)器600接受由變壓器604調(diào)節(jié)的來自三相AC源602的輸入。用于AC源602的典型值在一個應(yīng)用中可為1 lkV。 變壓器604輸出電壓到線路610和線路620上。線路610和620的典型值是600V，但它們不必相等。晶體管包612可耦合至線路610和DC總線614。晶體管包612可至少部分地采用圖4中的晶體管包400來實施。二極管包622可耦合至線路610和DC總線614。二極管包622可至少部分地采用圖2中的二極管整流器200來實施。微控制器613可操作地連接至晶體管包612以控制流經(jīng)晶體管包612的電流以及其輸出電壓。微控制器613可為任何能夠控制晶體管包612的控制系統(tǒng)，諸如，例如可編程微處理器、數(shù)字信號處理器(“DSP”)、 現(xiàn)場可編程門陣列(“FPGA”)、專用集成電路(“ASIC”)，或者任何其他邏輯裝置。微控制器613可與晶體管包612相集成或者可以是獨立的。在另一個實施例中，晶體管包612可獨立地監(jiān)視DC總線614的電壓并調(diào)節(jié)流經(jīng)晶體管包612的電流。在再一實施例中，連接至調(diào)節(jié)器600的負(fù)載可被配置為向微控制器613提供有關(guān)將來的功率需求的輸入。返回至圖5，在工作區(qū)域511中，經(jīng)過調(diào)節(jié)器600的總能量中的大部分基本上都將經(jīng)過晶體管包612。在優(yōu)選實施例中，這通過微控制器613控制晶體管包612以使得DC總線614上的電壓處于低于線路620上的電壓的水平、從而導(dǎo)致二極管不導(dǎo)通來實現(xiàn)。微控制器613可以控制系統(tǒng)以使得所有電流流經(jīng)晶體管包612或者僅使得大部分流經(jīng)晶體管包 612而較小部分流經(jīng)二極管包622。當(dāng)功率負(fù)載增大并從而使得進(jìn)入工作區(qū)域512時，額外的能量將流經(jīng)二極管包622。這在優(yōu)選實施例中可以通過微控制器613配置晶體管包612 來更改DC總線614上的電壓從而使能通過二極管包622的導(dǎo)通來實現(xiàn)。當(dāng)工作重新進(jìn)入?yún)^(qū)域511時，微控制器613配置晶體管包612以更改DC總線614上的電壓從而使通過二極管包622的導(dǎo)通無效或顯著降低。當(dāng)工作在區(qū)域512中時，在一些實施例中通過晶體管包 612的功率導(dǎo)通可被顯著地降低或者終止。如下面詳細(xì)地討論的，這可能允許晶體管包612 或者其一些部分被用在分配網(wǎng)絡(luò)周圍的其他操作中。應(yīng)當(dāng)注意，區(qū)域511和512之間的邊界不需要是可用的晶體管的絕對容量。相反地，該邊界可以是考慮了調(diào)節(jié)器600的可用資源以及系統(tǒng)的工作特性的合適的值。進(jìn)行AC至DC功率變換的系統(tǒng)的另一實施例將晶體管包和SCR包結(jié)合在一起。該設(shè)計的優(yōu)點在于晶體管的快速響應(yīng)時間以及SCR的高容量、低成本以及可控電流。SCR工作在與二極管相同的最簡單的情況下，但是具有通過門極定時進(jìn)行電流控制的增加的特征。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的采用晶體管包和SCR包的示例性DC總線調(diào)節(jié)器的框示意圖。調(diào)節(jié)器700例如可實施圖5所示出的系統(tǒng)。晶體管包612耦合至線路 610以及DC總線614，這與調(diào)節(jié)器600類似。SCR包722可耦合至線路620，并且在經(jīng)過電感723進(jìn)行調(diào)節(jié)后耦合至DC總線614，這與圖6中的二極管包622的放置類似。SCR包722 可至少部分地采用圖3中的SCR包300來實施。在工作區(qū)域511中，經(jīng)過調(diào)節(jié)器700的總能量中的大部分都將經(jīng)過晶體管包612。在優(yōu)選實施例中，微控制器613可控制流經(jīng)晶體管包612的功率流以便調(diào)節(jié)DC總線614上的電壓。在一個實施例中，微控制器613還耦合至 SCR包722。微控制器613可控制SCR包722中的SCR的門極以使能流經(jīng)SCR包722的功率流?？商鎿Q地，微控制器613可控制第二微控制器(未示出)，第二微控制器控制SCR。進(jìn)行AC至DC功率變換的系統(tǒng)的另一實施例將晶體管與二極管或SCR以及電阻器相結(jié)合。當(dāng)正向功率超過晶體管的容量時，圖6和圖7中所示出的二極管和SCR可用于擴增晶體管的容量。但是，二極管和SCR僅在一個方向上導(dǎo)通，這阻止了它們允許逆向功率流。 在工作區(qū)域522中，可添加電阻器、電池、電容器或其他存儲裝置以從DC總線移除功率。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的采用電阻器的示例性DC總線調(diào)節(jié)器的示意圖。 調(diào)節(jié)器800接受經(jīng)過變壓器604調(diào)節(jié)后而至線路610和線路620中的來自AC源602的輸入。晶體管包612將線路610耦合至DC總線614，并且二極管包822將線路620耦合至DC 總線614。如圖7所示，可使用SCR包替代二極管包822來實現(xiàn)相似的結(jié)果。另外，晶體管包832將電阻器834耦合至DC總線614。晶體管包832可包括可能類似于用于晶體管包 612中的晶體管的晶體管，或者可以是具有必要的工作特性的任何其他開關(guān)部件。晶體管包 832可由微控制器613控制以使能電阻器834或使其無效。在如圖5所示的逆向功率工作區(qū)域521中，功率可流經(jīng)晶體管包612返回至AC源602。當(dāng)達(dá)到晶體管包612的功率容量時，微控制器613可使能晶體管包832，從而允許功率流到電阻器834并以熱的形式耗散。 當(dāng)工作返回至區(qū)域521時，微控制器613可關(guān)斷晶體管包832，且僅發(fā)生經(jīng)過晶體管包612 的功率流。如上所述，區(qū)域521和522之間的邊界不需要是可用的晶體管的絕對容量。相反，該邊界可以是考慮了調(diào)節(jié)器800的可用資源以及系統(tǒng)的工作特性的合適的值。雖然電阻器在需要取走DC總線上的功率時提供功率消耗，但該功率以熱耗散的形式被損失。由于發(fā)電機消耗資源來產(chǎn)生從DC總線上被取走的能量，因此優(yōu)選的將是以在隨后的時間可以將該能量放回到DC總線上的方式來存儲能量。這樣的配置將增加效率并且降低運行用于功率系統(tǒng)的發(fā)電機的成本。另外，存儲的能量可更動態(tài)地響應(yīng)功率負(fù)載的變化。利用AC發(fā)電機很難滿足功率需求的突然增加，這是由于增加燃料消耗以產(chǎn)生所需的功率所需要的響應(yīng)時間的長度。另外，由于AC發(fā)電機的瞬時故障可由存儲的功率來補償， 因此可獲得發(fā)電機的自治。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于逆向功率調(diào)節(jié)的采用電阻器和電容器的示例性DC總線調(diào)節(jié)器的示意圖。調(diào)節(jié)器900接受經(jīng)過變壓器604調(diào)節(jié)后而至線路610 和線路620中的來自AC源602的輸入。晶體管包612將線路610耦合至DC總線614，并且二極管包822將線路620耦合至DC總線614。SCR包可用于替代二極管包822來實現(xiàn)相似的結(jié)果。另外，開關(guān)942將電容器944以及電阻器946耦合至DC總線914。開關(guān)942可由微控制器613控制從而使能電容器944或使其失效。另外，分別耦合至電容器944以及電阻器946的開關(guān)950和開關(guān)952允許能量存儲在電容器944中或者通過電阻器946被耗散。在逆向功率工作區(qū)域521中，功率可流經(jīng)晶體管包612返回至AC源602。當(dāng)達(dá)到晶體管包612的功率容量時，微控制器613可使能942，從而允許功率流至電容器944。當(dāng)工作返回至區(qū)域521時，微控制器613可關(guān)斷開關(guān)942并且發(fā)生僅流經(jīng)晶體管包612的功率流。 調(diào)節(jié)器900還可使用電阻器和電容器的組合來代替電容器944。另外，任何其他的能量耗散或者能量存儲技術(shù)也可與電容器944結(jié)合使用或者作為電容器944的替代而使用，諸如旋轉(zhuǎn)塊(rotating mass)或者電池。雖然使用三相AC源來對本公開進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地改變本申請中的公開以使之工作在兩相或其他AC系統(tǒng)上或者根據(jù)DC發(fā)電機來工作。在圖1的設(shè)計中，需要多個AC至DC變換器，如同多個DC至AC變換器以及DC至 DC變換器。例如，電機134可能工作在AC功率上，因此在功率被電機134使用之前必須將 DC總線上的功率變換回AC。本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識到DC至AC功率變換可采用如用于AC 至DC功率變換中的類似的部件來實現(xiàn)。例如，圖6、圖7、圖8以及圖9中示出的晶體管包 612可被配置為執(zhí)行DC至AC變換。另外，DC至DC功率變換可采用與DC至AC以及AC至 DC功率變換類似的部件來實現(xiàn)。在圖5中示例性地示出的不同工作區(qū)域中，當(dāng)功率被從晶體管轉(zhuǎn)向至二極管或 SCR時，至少一部分不再使用的晶體管包可從為DC總線進(jìn)行AC至DC功率變換被切換為為所附的負(fù)載、能量存儲裝置或電阻器進(jìn)行DC至AC功率變換。這樣的配置可減少圖1中所示的功率系統(tǒng)需要的晶體管數(shù)量，由此減少整個功率系統(tǒng)的空間需求以及成本。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于AC至DC、DC至AC以及DC至DC的變換的擺動包的框圖。功率系統(tǒng)1000包括變換器堆1002。變換器堆1002可為任意數(shù)量的能夠進(jìn)行AC至DC、DC至AC以及DC至DC的變換的裝置或其組合，諸如圖4中示出的晶體管包400。該變換器堆1002在一側(cè)上耦合至DC總線1020并且在另一側(cè)上耦合至隔離裝置 1004。隔離裝置1004在閉合時將堆1002中的一個變換器耦合至通向AC或DC發(fā)電機的線路1014，或者耦合至通向AC或DC負(fù)載的線路1012。該隔離裝置可以例如由微控制器或其他可能與微控制器613分離或相同的控制系統(tǒng)來控制。電感1006在功率抵達(dá)線路1012或線路1014之前對功率進(jìn)行調(diào)節(jié)?？筛鶕?jù)就近處理來選擇哪些功率消耗單元連接在發(fā)電機至DC總線功率轉(zhuǎn)移中或DC總線至負(fù)載中。例如，當(dāng)DC總線具有過大的功率時，將實現(xiàn)采用堆1002的接通功率包來將功率傳遞至能量存儲裝置，并且因此在將功率從發(fā)電機移至 DC總線時將不需要連接功率包。雖然本公開以及其優(yōu)點已被詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，各種變化、替代以及改變在此可被實施而不偏離由所附的權(quán)利要求所限定的本公開的精神和范圍。并且，本申請的范圍并不意圖被限制于在說明書中所描述的過程、機器、制造、物質(zhì)的組成、手段、方法以及步驟的具體實施例。根據(jù)本發(fā)明、公開，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解，根據(jù)本公開可以使用已經(jīng)存在的或者后期發(fā)展的并且與這里描述的相應(yīng)實施例相比執(zhí)行基本上相同的功能或?qū)崿F(xiàn)基本上相同的結(jié)果的機器、制造、物質(zhì)的組成、手段、方法、或步驟。因此，所附的權(quán)利要求意在在其范圍中包括這樣的過程、機器、制造、物質(zhì)的組成、手段、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種用于連接AC總線和DC總線的設(shè)備，包括耦合至AC總線以及耦合至DC總線的一個或多個晶體管的集合； 耦合至AC總線以及耦合至DC總線的一個或多個二極管的集合；以及微控制器，其耦合至所述一個或多個晶體管的集合，并且被配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合的電流以及調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個二極管的集合的電流。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中微控制器被配置為通過調(diào)節(jié)DC總線上的電壓來調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個二極管的集合的電流。
3.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中微控制器被配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合以及所述一個或多個二極管的集合的電流，以使得當(dāng)DC總線的功率負(fù)載位于第一功率范圍內(nèi)時，基本上所有的功率都流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合。
4.權(quán)利要求3的設(shè)備，其中所述一個或多個晶體管的集合具有第一總功率容量以及所述一個或多個二極管的集合具有第二總功率容量，其中第一總功率容量小于第二總功率容量，并且其中第一功率范圍在0和第一水平之間，該第一水平部分地根據(jù)第一總功率容量來選擇。
5.權(quán)利要求1的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個或多個功率消耗或存儲裝置的集合；以及耦合至DC總線以及所述一個或多個功率消耗裝置的集合的開關(guān)， 其中微控制器進(jìn)一步被配置為對到所述一個或多個功率消耗或存儲裝置的集合的功率轉(zhuǎn)移進(jìn)行調(diào)節(jié)。
6.權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述一個或多個功率消耗裝置的集合包括電阻器。
7.權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述一個或多個功率消耗裝置的集合包括電容器。
8.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述一個或多個晶體管的集合包括一個或多個晶體管包， 每個晶體管包被配置為作為獨立的單元而工作，該設(shè)備還包括在AC總線和所述晶體管包中的一個晶體管包之間設(shè)置的開關(guān)，該開關(guān)使得該晶體管包不直接耦合至AC總線，該開關(guān)耦合至AC總線、AC負(fù)載裝置以及該晶體管包，其中該開關(guān)被配置為選擇性地將該晶體管包耦合至AC總線或者AC負(fù)載裝置；其中該晶體管包被配置為當(dāng)被耦合至AC總線和DC總線時執(zhí)行AC至DC的功率變換， 以及當(dāng)被耦合至DC總線和AC負(fù)載裝置時執(zhí)行DC至AC的功率變換。
9.一種用于連接AC總線和DC總線的設(shè)備，包括耦合至AC總線以及耦合至DC總線的一個或多個晶體管的集合； 耦合至AC總線以及耦合至DC總線的一個或多個SCR的集合；以及第一微控制器，其耦合至所述一個或多個晶體管的集合，并且被配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合的電流以及調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。
10.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中第一微控制器被配置為通過調(diào)節(jié)DC總線上的電壓來調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。
11.權(quán)利要求10的設(shè)備，其中第一微控制器進(jìn)一步被配置為通過控制SCR的門極來調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。
12.權(quán)利要求11的設(shè)備，還包括耦合至所述一個或多個SCR的第二微控制器；其中第一微控制器通過向第二微控制器發(fā)送信號來調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個SCR的集合的電流。
13.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中微控制器被配置為調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合以及所述一個或多個SCR的集合的電流，以使得當(dāng)DC總線的功率負(fù)載位于第一功率范圍內(nèi)時，基本上所有的功率都流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合。
14.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中所述一個或多個晶體管的集合具有第一總功率容量以及所述一個或多個SCR的集合具有第二總功率容量，其中第一總功率容量小于第二總功率容量，并且其中第一功率范圍在0和一水平之間，該水平部分地根據(jù)第一總功率容量來選擇。
15.權(quán)利要求9的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個或多個功率消耗裝置的集合；以及耦合至DC總線以及所述一個或多個功率消耗裝置的集合的開關(guān)，其中第一微控制器進(jìn)一步被配置為對到所述一個或多個功率消耗裝置的集合的功率轉(zhuǎn)移進(jìn)行調(diào)節(jié)。
16.權(quán)利要求15的設(shè)備，其中所述一個或多個功率消耗裝置的集合包括電阻器。
17.權(quán)利要求15的設(shè)備，其中所述一個或多個功率消耗裝置的集合包括電容器。
18.一種用于連接AC總線和DC總線的方法，該AC總線耦合至一個或多個發(fā)電機的集合，其中該方法包括將具有第一總功率容量的一個或多個晶體管的集合耦合至AC總線和DC總線；將一組具有第二總功率容量的一個或多個SCR耦合至AC總線和DC總線；以及調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合以及所述一個或多個SCR的集合的電流，以使得當(dāng)DC總線的功率負(fù)載位于第一功率范圍內(nèi)時，基本上所有的功率都流經(jīng)所述一個或多個晶體管的集合。
19.權(quán)利要求18的方法，其中調(diào)節(jié)電流的步驟包括調(diào)節(jié)DC總線上的電壓。
20.權(quán)利要求18的方法，還包括通過開關(guān)將DC總線耦合至一個或多個功率消耗或存儲裝置的集合；當(dāng)DC總線的功率負(fù)載高于第二水平時，調(diào)節(jié)流經(jīng)所述一個或多個功率消耗或存儲裝置的集合的電流。
21.一種用于AC至DC以及DC至AC的功率變換的設(shè)備，包括一個或多個晶體管包的集合，每個晶體管包被配置為作為耦合至AC總線和DC總線的獨立的單元而工作；設(shè)置在AC總線和所述晶體管包中的一個晶體管包之間的開關(guān)，使得該晶體管包不直接耦合至AC總線，該開關(guān)耦合至AC總線、AC負(fù)載裝置以及該晶體管包，其中該開關(guān)被配置為選擇性地將該晶體管包耦合至AC總線或者AC負(fù)載裝置；其中該晶體管包被配置為當(dāng)被耦合至AC總線和DC總線時執(zhí)行AC至DC的功率變換， 以及當(dāng)被耦合至DC總線和AC負(fù)載裝置時執(zhí)行DC至AC的功率變換。
22.權(quán)利要求21的設(shè)備，還包括設(shè)置在AC總線和所述晶體管包中的第二晶體管包之間的第二開關(guān)，使得第二晶體管包不直接耦合至AC總線，該開關(guān)耦合至AC總線、AC負(fù)載裝置以及第二晶體管包，其中該開關(guān)被配置為選擇性地將第二晶體管包耦合至AC總線或者AC負(fù)載裝置；其中第二晶體管包被配置為當(dāng)被耦合至AC總線和DC總線時執(zhí)行AC至DC的功率變換， 以及當(dāng)被耦合至DC總線和AC負(fù)載裝置時執(zhí)行DC至AC的功率變換。
全文摘要
一種改進(jìn)的DC總線調(diào)節(jié)器，其在一些時間采用用于功率變換的多個晶體管包，并且在其他時段采用二極管、SCR以及電阻器包。調(diào)節(jié)器基于電流負(fù)載所需的容量以及響應(yīng)而選擇變換技術(shù)。例如，在低功率負(fù)載情況下可采用晶體管包。通過該混合系統(tǒng)的使用，系統(tǒng)獲得期望的晶體管包系統(tǒng)效果，包括快速響應(yīng)時間、調(diào)節(jié)電流的能力以及雙向功率變換，同時還緩和了僅基于晶體管包的系統(tǒng)的高成本以及脆弱的性質(zhì)。
文檔編號H02J3/36GK102246380SQ200980145302
公開日2011年11月16日 申請日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
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