并行模塊化轉(zhuǎn)換器架構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的實施方式總體涉及功率管理，并且具體地涉及用于提供改善的模塊化并行轉(zhuǎn)換器架構(gòu)的系統(tǒng)和方法，該改善的模塊化并行轉(zhuǎn)換器架構(gòu)利用多個并行模塊化轉(zhuǎn)換器模塊為多個負載供電。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代的交通工具使用大量的電子設(shè)備、電動機、加熱器以及其他電驅(qū)動設(shè)備。具體地，電動機普遍存在于現(xiàn)代的交通工具中，包括飛機，并且為從液壓栗到機艙風(fēng)機的每個部件提供動力。傳統(tǒng)地，這些電動機中的每個由獨立的電動機控制器驅(qū)動。每個電動機控制器的大小形成為能夠承載為全功率下的其相應(yīng)電動機供電所需要的電流的最大量持續(xù)延長的時段(并且通常，為安全起見包括一些額外的容量)，而不會發(fā)生過熱或故障。
[0003]因此，每個飛機承載過多數(shù)量的電動機控制器，每個電動機控制器尺寸過大并且大部分時間未充分使用。換言之，電動機控制器包括充足的容量以使電動機以全功率運行延長的時段加上安全裕度，但是電動機(如果有過的話)很少以全容量運行。這是因為電動機本身內(nèi)建有一些安全裕度并且因為，大部分時間，電動機在較低的需求狀態(tài)下操作(例如，機艙風(fēng)機不總是“高的”)。此外，一些電動機僅偶爾使用，或者在特定的飛行段期間，而在其余的時間是未使用的。因此，許多飛機的重的、昂貴的電動機控制器的定額設(shè)備(complement)以不起作用或者主要低于其額定功率輸出消耗了其大部分使用壽命。
[0004]因此，需要的是使可單獨工作的或者并行于其他并行電動機控制器的多個、模塊化的、可分配的、動態(tài)地可重新配置的電動機控制器的使用能夠滿足功率控制需求的系統(tǒng)架構(gòu)。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)使一個或多個并行控制器能夠根據(jù)需要被分配到飛機中的每個活動的電負載，以滿足現(xiàn)有的功率需求。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)使每個電動機控制器的容量能夠更充分地利用，減少系統(tǒng)的重量、成本和復(fù)雜度。本公開的實施方式主要針對這樣的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]應(yīng)當(dāng)理解，提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
從而以簡單的形式介紹下面在詳細說明書中進一步描述的概念的選擇。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不旨在用于限制所要求保護主題的范圍。
[0006]本公開的實施方式涉及電負載的模塊化功率分配和功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。系統(tǒng)可以包括被連接以形成并行模塊轉(zhuǎn)換器(“轉(zhuǎn)換器”)的多個并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊(模塊)。每個模塊可以單獨使用，或者結(jié)合其他模塊使用以滿足特定的功率需求。模塊100還可以基于負載代表的優(yōu)先級分配給負載。
[0007]本公開的實施方式可以包括第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊，該并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊包括:邏輯處理器，確定第一脈沖寬度調(diào)制(PWM)頻率和持續(xù)時間并且生成相應(yīng)的第一控制信號；電動機控制數(shù)字信號處理器(DSP)，基于第一控制信號生成PWM信號；柵極驅(qū)動器，基于PWM信號激活逆變器以產(chǎn)生交流電流(AC)輸出信號；以及模塊通信總線，促使第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊和第二并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊之間的通信。
[0008]本公開的實施方式還可以包括并行模塊轉(zhuǎn)換器，該并行模塊轉(zhuǎn)換器包括:第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊，提供第一交流電流(AC)輸出信號并且連接至模塊通信總線；第二并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊，提供第二 AC輸出信號并且連接至模塊通信總線；以及主邏輯控制器，將第一負載分配至第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊和第二并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊中的一個或多個。在一些實施方式中，模塊通信總線可以連接第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊和第二并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊。系統(tǒng)還可以包括主通信控制器，該主通信控制器連接至模塊通信總線和主邏輯控制器以在主通信控制器和主邏輯控制器之間路由消息。
[0009]本公開的實施方式還可以包括一種提供功率的方法。在一些實施方式中，該方法可以包括:將第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊和第二并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊以及主邏輯控制器與并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊通信總線連接；利用主通信控制器在第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊、第二并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊和主邏輯控制器之間路由通信；并且在主邏輯控制器處接收來自一個或多個飛機系統(tǒng)的一個或多個負載請求。在一些實施方式中，該方法可以進一步包括:利用主邏輯控制器將一個或多個負載請求分配至第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊、第二并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊或者兩者。在一些實施方式中，第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊可以提供第一 AC信號并且第二并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊可以提供第二 AC信號。
[0010]本公開的實施方式可以進一步包括一種用于提供功率的方法，該方法包括:在主邏輯控制器處接收來自外部飛機系統(tǒng)的第一負載的請求；利用主邏輯控制器將第一負載分配至第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊；利用控制切換網(wǎng)絡(luò)將第一電動機控制算法提供至第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊；并且利用功率切換網(wǎng)絡(luò)的第一開關(guān)將第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊連接至第一負載。
[0011]本公開的實施方式可以進一步包括一種用于提供功率的方法，該方法包括:在主邏輯控制器處接收來自外部飛機系統(tǒng)的第一負載的請求；在所述主邏輯控制器處接收來自第二外部飛機系統(tǒng)的第二負載的請求；利用功率切換網(wǎng)絡(luò)將第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊和第二并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊并行放置；利用主邏輯控制器將第一負載分配至第一并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊和第二并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊；利用主邏輯控制器將第二負載分配至第三并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊；利用主邏輯控制器檢測第二負載的增加和第一負載的減少；利用功率切換網(wǎng)絡(luò)將第二并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊和第三并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊并行放置；并且利用主邏輯控制器將第二并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊重新分配至第二負載。
[0012]本公開的實施方式還可以包括一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:主邏輯控制器，接收來自交通工具控制器的第一負載請求和第二負載請求；控制切換網(wǎng)絡(luò)，包括多個控制算法，與主邏輯控制器通信；多個逆變器，與控制切換網(wǎng)絡(luò)通信以用于將一個或多個直流(DC)輸入信號轉(zhuǎn)換成一個或多個交流(AC)輸出信號；以及功率切換網(wǎng)絡(luò)，包括多個開關(guān)以便將多個逆變器連接至一個或多個電負載。在一些實施方式中，控制器可以響應(yīng)第一負載請求激活功率切換網(wǎng)絡(luò)中的一個或多個開關(guān)的第一組以便將一個或多個逆變器的第一組連接至第一負載，并且可以響應(yīng)第二負載請求激活功率切換網(wǎng)絡(luò)中的一個或多個開關(guān)的第二組以便將一個或多個逆變器的第二組連接至第二負載。
[0013]本公開的實施方式還可以包括一種提供功率的方法，該方法包括:在主邏輯控制器處自第一外部飛機系統(tǒng)接收供電第一負載的請求；利用主邏輯控制器確定提供至第一負載的功率；利用主邏輯控制器確定被激活以供電第一負載的第一多個并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊；利用控制切換網(wǎng)絡(luò)確定第一多個并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊的第一控制算法的多個參數(shù)；指示功率切換網(wǎng)絡(luò)將第一多個并行模塊轉(zhuǎn)換器模塊與第一負載并行連接；并且激活第一控制算法以將第一負載提供至外部飛機系統(tǒng)。
[0014]已經(jīng)論述的特征、功能和優(yōu)勢可以在本公開的各種實施方式中獨立地實現(xiàn)，或者結(jié)合在另外的實施方式中，可以參考以下描述和附圖了解本公開的更多細節(jié)。
【附圖說明】
[0015]圖1是描述根據(jù)本公開的一些實施方式的高電壓DC輸入應(yīng)用中的并行模塊化轉(zhuǎn)換器中使用的并行模塊化轉(zhuǎn)換器模塊(“模塊”)的電氣示意圖。
[0016]圖2是描述根據(jù)本公開的一些實施方式的AC輸入應(yīng)用中的并行模塊化轉(zhuǎn)換器中使用的模塊的電氣示意圖。
[0017]圖3A-圖3C是描述根據(jù)本公開的實施方式的高電壓DC電流狀態(tài)(regime)下使用多個模塊的并行模塊轉(zhuǎn)換器(“轉(zhuǎn)換器”)的電氣示意圖。
[0018]圖4是描述根據(jù)本公開的一些實施方式的輸出配置的電氣示意圖。
[0019]圖5是描述根據(jù)本公開的一些實施方式的高電壓DC輸入應(yīng)用中的具有共用控制器的可替換模塊的電氣示意圖。
[0020]圖6A-圖6C是描述根據(jù)本公開的一些實施方式的高電壓DC輸入應(yīng)用中的可替換轉(zhuǎn)換器的電氣不意圖。
[0021]圖7是描述根據(jù)本公開的一些實施方式的功率切換網(wǎng)絡(luò)的電氣示意圖。
[0022]圖8是描述根據(jù)本公開的一些實施方式的功率切換網(wǎng)絡(luò)的電氣示意圖。
[0023]圖9A-圖9C是描述根據(jù)本公開的一些實施方式的可替換轉(zhuǎn)換器的電氣示意圖。
[0024]圖10是描述根據(jù)本公開的一些實施方式的轉(zhuǎn)換器的整個系統(tǒng)架構(gòu)的電氣示意圖。
[0025]圖11是描述根據(jù)本公開的一些實施方式的圖10的控制切換網(wǎng)絡(luò)和功率切換網(wǎng)絡(luò)的詳細電氣示意圖。
[0026]圖12是描述根據(jù)本公開的一些實施方式的分配功率的方法的流程圖。
[0027]圖13是描述根據(jù)本公開的一些實施方式的將負載重新分配至多個模塊的方法的流程圖。
[0028]本公開內(nèi)容中所示的每個附圖示出呈現(xiàn)的實施方式的一個方面的變化，并且將僅詳細討論有差異的地方。
【具體實施方式】
[0029]本公開的實施方式總體涉及功率分配和功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于在不需要針對每個電負載的單獨控制器的情況下分配電負載的并行模塊化轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器可以利用多個聯(lián)網(wǎng)的并行模塊化轉(zhuǎn)換器模塊，每個定額為具有預(yù)定的功率容量。與飛機系統(tǒng)和模塊通信的主控制器可以接收來自各個功率負載(例如，電動機)的請求并且可以分配一個或多個模塊以滿足請求的需要。
[0030]以簡化和清楚的說明，本公開在本文中描述為用于在飛機上分配功率的系統(tǒng)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員簡化認識到本公開不限于此。系統(tǒng)還可以用于，例如但不限于，汽車、其他類型的交通工具，以及功率分配網(wǎng)絡(luò)中。本公開可用于通過減少需要的控制器的數(shù)量并且消除過多的控制器容量來改善控制器并且降低在許多情況下分配功率(power，電力)的成本和費用。
[0031]在下文中描述的構(gòu)成本公開的各個元件的材料和部件旨在說明性的而不是限制性的。執(zhí)行與本文中描述的材料和部件相同的或者相似的功能的許多合適的材料和部件旨在包括在本公開的范圍內(nèi)。本文中沒有描述的這樣的其它材料和部件可以包括，但不限于，本公開研發(fā)的時間之后研發(fā)的材料和部件。
[0032]如上所述的，傳統(tǒng)的功率分配系統(tǒng)的問題通常是每個電負載設(shè)置有用于功率分配目的的單獨控制器。令人遺憾地，這導(dǎo)致控制器容量過量，因為每個單獨的控制器必須定額為必要的電氣設(shè)備可以汲取的最大負荷。此外，在大多數(shù)情況下，控制器實際上被設(shè)計為提供一些安全裕度，即使(1)電負載本身(例如，電動機)可具有一些固有的安全裕度以及
(2)許多電負載通常以小于全功率來使用和/或僅間歇性地使用。
[0033]為此，本公開的實施方式涉及可以單獨或并行使用以滿足現(xiàn)有功率需求的模塊化功率控制器的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。因為飛機中的每個電負載(如果有過的話)很少同時打開，所以系統(tǒng)可以設(shè)計為具有更接近于與額定或平均功率消耗有關(guān)的容量(加上一些安全裕度)而不是“最壞的情況”。因此，可以減少需要的部件的數(shù)量、部件重量、尺寸和成本，可以改善系統(tǒng)效率，并且可以提供改善的系統(tǒng)冗余。如果發(fā)生電動機控制器故障，例如，系統(tǒng)可以重新配置以將負載分配給運行的電動機控制器，從而改善可靠性。此外，如果負載使得系統(tǒng)在全容量下操作，則依然可以供電所有負載，即使在一些情況下以降低的容量。
[0034]如圖1所示，系統(tǒng)的組成塊可以包括多個并行模塊化轉(zhuǎn)換器模塊(“模塊”)100，多個模塊可以是聯(lián)網(wǎng)在一起以形成以下論述的并行模塊化轉(zhuǎn)換器(“轉(zhuǎn)換器”)。在一些實施方式中，如圖1所示，每個模塊100可以包括機載處理。在這個配置中，模塊100可以包括至少三個處理器:電動機控制數(shù)字信號處理器(“DSP”) 105、保護處理器110和邏輯處理器115?？商鎿Q地，保護處理器110可以表示保護控制器，并且邏輯處理器115可以表示邏輯控制器。
[0035]因此，在一些實施方式中，DSP 105可以生成例如高頻柵極驅(qū)動脈沖寬度調(diào)制信號(PWM) 120以激活柵極驅(qū)動器125。柵極驅(qū)動器125實質(zhì)上用作電源模塊100的切換側(cè)，與繼電器很像。換言之，模塊100的輸出