專利名稱：Ac供電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及AC 供電電路(AC power supply circuitry)。
背景技術(shù)：
使用固態(tài)電路的AC電力控制典型地通過采用基于固態(tài)半導(dǎo)體的電力開關(guān)設(shè)備 (例如觸發(fā)三極管、背對背閘流晶體管以及絕緣柵雙極晶體管(IGBT))來提供。通過在AC 供應(yīng)的每個半周期處延遲該設(shè)備的接通來實現(xiàn)控制，使得只有AC供應(yīng)波形的一部分被施加給負(fù)載。到觸發(fā)三極管或者閘流晶體管的觸發(fā)電極或者IGBT的柵極的電脈沖通過簡單電子電路被延遲，且采用可變的延遲以提供可變的電力控制。這在圖1中被圖示成向簡單電阻負(fù)載饋電的電力控制器。該電路包含AC電源1，其經(jīng)由AC電力線路中的基于固態(tài)半導(dǎo)體的電力開關(guān)設(shè)備2(在這個例子中是觸發(fā)三極管)與負(fù)載3相連。對從控制輸入到觸發(fā)三極管2的每個觸發(fā)脈沖的可變延遲由簡單電子模塊4提供。圖2示出電源1的AC電壓波形5以及施加給觸發(fā)三極管2的觸發(fā)電極的電觸發(fā)脈沖6，每個在時間上從電壓波形5 的零交叉點延遲并且由電子模塊4產(chǎn)生，導(dǎo)致跨負(fù)載3的被刪節(jié)的正弦波電壓波形7。如從波形圖能看到，從電源波形的每個零交叉點到觸發(fā)三極管2導(dǎo)通的點存在時間間隔，該時間間隔經(jīng)由模塊4可變化。在每個這樣的間隔(當(dāng)觸發(fā)三極管2處于它不傳輸電力到其輸出的狀態(tài)中時)期間，供電有效地與負(fù)載斷開連接。在某些供電應(yīng)用中，觸發(fā)三極管、閘流三極管以及IGBT被簡單用作開關(guān)，但甚至在這些應(yīng)用中這樣的設(shè)備在跨該設(shè)備的電壓波形已經(jīng)上升少量伏特之前不能接通，因此存在供電與負(fù)載有效地斷開連接時的時段，但它們比在被用于可變AC電力控制的設(shè)備的情況下要短。對某些系統(tǒng)，特別地對流體提取井復(fù)合體，電力線路還可通過將通信數(shù)據(jù)耦合在 AC電力線路上來被用作數(shù)據(jù)通信線路，這樣的系統(tǒng)被認(rèn)為是電力上通信(COP)系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，基于固態(tài)半導(dǎo)體的電力開關(guān)設(shè)備的“關(guān)斷時段”導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)的破壞。從而，特別是如果電力線路是非常高的電壓時，當(dāng)前COP系統(tǒng)在電力開關(guān)設(shè)備的上游從電力線路移除通信數(shù)據(jù)，并且以相當(dāng)大的費用在電力開關(guān)設(shè)備的下游向電力線路再引入通信數(shù)據(jù)。該發(fā)明克服了在使用基于固態(tài)半導(dǎo)體的電力開關(guān)設(shè)備的COP系統(tǒng)中移除并且再引入通信數(shù)據(jù)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了 AC供電電路，其包括AC 電源；在電源與輸出之間的AC電力線路中的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備；用于在第一狀態(tài)(其中，其從源到輸出傳輸電力)與第二狀態(tài)(其中，其不傳輸電力到輸出)之間切換半導(dǎo)體設(shè)備的裝置；以及用于將通信數(shù)據(jù)耦合在電力線路上的裝置，其中該電路進(jìn)一步包括
用于僅如果所述半導(dǎo)體設(shè)備處于所述第一狀態(tài)中則促使通信數(shù)據(jù)耦合在電力線路上的裝置。在一個實施例中，所述促使裝置被設(shè)置成監(jiān)測在所述輸 出處的電力用于確定所述半導(dǎo)體設(shè)備是否處于所述第一狀態(tài)以控制所述耦合裝置。典型地，該電路用于控制供應(yīng)給負(fù)載的電力，所述開關(guān)裝置被設(shè)置成在所述第一與第二狀態(tài)之間交替切換所述半導(dǎo)體設(shè)備，所述半導(dǎo)體設(shè)備處在所述第一與第二狀態(tài)中的時段典型地是可變化的。所述開關(guān)裝置以及所述半導(dǎo)體設(shè)備是典型地使得所述設(shè)備通過來自所述開關(guān)裝置的電脈沖在所述第一與第二狀態(tài)之間被切換。在該例子中，其中該裝置在所述第一與第二狀態(tài)之間被交替切換，所述開關(guān)裝置典型地提供一系列用于在所述狀態(tài)之間切換所述半導(dǎo)體設(shè)備的電脈沖。典型地，所述半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備在所述耦合裝置與所述源之間的所述電力線路中。 典型地，存在另一個基于半導(dǎo)體的開關(guān)設(shè)備，其與所述電力線路耦合以用于接收已耦合在電力線路上的通信數(shù)據(jù)與電力。根據(jù)本發(fā)明的電路可包括用于接收來自所述電力線路的電力以及通信數(shù)據(jù)、提取所接收的通信數(shù)據(jù)以及傳送所供應(yīng)的電力到負(fù)載的裝置。在該例子中，這樣的接收裝置可被連接以從這樣的另一個開關(guān)設(shè)備接收電力以及通信數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的電路可包括在海底流體提取井復(fù)合體中的電力與通信供應(yīng)。典型地，所述源、第一次提到的開關(guān)設(shè)備以及所述耦合裝置位于頂側(cè)的裝備中。在該例子中，這樣的另一個基于半導(dǎo)體的開關(guān)設(shè)備可位于海底。


圖1示意地示出AC電力控制電路的已知形式；圖2示出在圖1的電路中出現(xiàn)的波形；圖3示意地示出根據(jù)本發(fā)明的AC電力控制電路的實施例；以及圖4是用于在結(jié)合本發(fā)明的實施例的海底流體提取井復(fù)合體中供應(yīng)以及傳輸AC 電力以及通信數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式在接下來的實施例中，在AC電力線路中采用對基于半導(dǎo)體的電力開關(guān)設(shè)備的可變控制的COP系統(tǒng)中，通過該設(shè)備傳播的通信數(shù)據(jù)的破壞或者這樣的數(shù)據(jù)的故障通過確保通信僅在電力周期(當(dāng)電力開關(guān)設(shè)備的傳導(dǎo)狀態(tài)支持通信數(shù)據(jù)的傳播時)內(nèi)的時段期間被嘗試(例如，通過將通信數(shù)據(jù)耦合在電力線路上)而避免。通過將這樣的數(shù)據(jù)耦合在AC電力線路上的通信數(shù)據(jù)的傳輸因此與AC電力波形同步。圖3圖表地圖示本發(fā)明的實施例。電源1向電力線路8饋電，電力線路8包括固態(tài)控制模塊9，其包含基于半導(dǎo)體的開關(guān)設(shè)備以及觸發(fā)器控制電路(例如，如圖1的項目2 和4)。電子監(jiān)測模塊10通過連續(xù)取樣或者別的方式監(jiān)測在來自模塊9的輸出處的AC電力線路電壓以及電流并且產(chǎn)生在正半周期與負(fù)半周期(當(dāng)模塊9中的開關(guān)設(shè)備被接通成其中它傳輸電力到輸出的狀態(tài)時)期間用于通信的窗口。來自模塊10的輸出是“門控”信號，其與調(diào)制解調(diào)器11相連，處于該門控信號的控制下的調(diào)制解調(diào)器11僅在這樣的電力傳導(dǎo)窗口期間在模塊9之后將通信數(shù)據(jù)耦合在電力線路上。來自調(diào)制解調(diào)器11的通信數(shù)據(jù)經(jīng)由雙信號耦合器(DIP) 12耦合在電力線路8上，該雙信號耦合器包括通信電力線路耦合器 (CPLC) 13以及通信閉塞濾波器(CBF) 14以防止通信數(shù)據(jù)被反饋至源1。來自雙信號耦合器 12的COP數(shù)據(jù)典型地被施加以經(jīng)由線路中基于固態(tài)半導(dǎo)體的電力開關(guān)15來使用。因而，通信傳輸在當(dāng)模塊9中的開關(guān)設(shè)備被接通時(例如，在正與負(fù)電力傳導(dǎo)周期內(nèi))的狀態(tài)期間被限制成“burst”運行。該技術(shù)因此避免試圖在零電壓與零電流交叉期間或者在部分傳導(dǎo)狀態(tài)期間通過隨后的、下游的基于半導(dǎo)體的電力開關(guān)設(shè)備傳播通信數(shù)據(jù)(這能導(dǎo)致傳輸故障或者數(shù)據(jù)破壞)。

由于通信數(shù)據(jù)與電力的同步，電力開關(guān)15能是簡單的固態(tài)開關(guān)，且不需要在開關(guān)之前從COP數(shù)據(jù)移除通信數(shù)據(jù)以及在開關(guān)之后在電力線上再引入該數(shù)據(jù)。參考圖4，這以框圖形式示出海底流體提取井復(fù)合體的供電以及通信系統(tǒng)。在頂側(cè)裝備16中存在根據(jù)圖3的電路的項目1、8、9、10、11、12、13以及14，來自DIP 12的COP數(shù)據(jù)沿臍帶電纜向下傳送至海底分配集線器17，其中存在處于線路中的基于固側(cè)態(tài)半導(dǎo)體的電力開關(guān)15。依據(jù)整個系統(tǒng)，可存在不止一個這樣的電力開關(guān)15，每個相應(yīng)地與DIP 12 — 起在線路中。開關(guān)15經(jīng)由連接19 (典型地在集線器17與裝備18之間存在長的偏距)將 COP數(shù)據(jù)切換至海底裝備18。在海底裝備18中，存在雙信號耦合器20，其接收COP數(shù)據(jù)并且其將線路21上的 AC電力傳遞至負(fù)載22，負(fù)載22典型地可包括AC到DC轉(zhuǎn)換器23。從輸入給雙信號耦合器 20的COP數(shù)據(jù)中提取通信數(shù)據(jù)可通過調(diào)制解調(diào)器24來實現(xiàn)，調(diào)制解調(diào)器24經(jīng)由其通信電力線路耦合器25從雙信號耦合器20提取通信數(shù)據(jù)(這僅在線路21上的電力的正半周期與負(fù)半周期期間發(fā)生)。雙信號耦合器20還包括通信閉塞濾波器26以防止通信數(shù)據(jù)被傳遞至線路21。在AC電力監(jiān)測與同步模塊27的控制下，調(diào)制解調(diào)器24能向上傳送通信數(shù)據(jù)至頂側(cè)裝備用于由調(diào)制解調(diào)器11提取，模塊27促使這樣的數(shù)據(jù)傳輸與在線路21上的電力的正半周期與負(fù)半周期同步。使用本發(fā)明的優(yōu)點連同通過使用基于固態(tài)半導(dǎo)體的電力控制技術(shù)的開關(guān)設(shè)備實現(xiàn)改良的在電力線路上的通信數(shù)據(jù)的耦合，實現(xiàn)了在COP系統(tǒng)中無需在另一個基于半導(dǎo)體的電力開關(guān)設(shè)備的之前從電力線路移除該數(shù)據(jù)以及在該設(shè)備之后再施加該數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種AC供電電路，包括AC電源；在所述電源與輸出之間的AC電力線路中的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備；用于在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間切換半導(dǎo)體設(shè)備的裝置，所述第一狀態(tài)中所述半導(dǎo)體設(shè)備從所述源傳輸電力到所述輸出，所述第二狀態(tài)中，所述半導(dǎo)體設(shè)備不傳輸電力到所述輸出；以及用于將通信數(shù)據(jù)耦合在電力線路上的裝置，其中所述電路進(jìn)一步包括用于僅如果所述半導(dǎo)體設(shè)備處于所述第一狀態(tài)中則促使通信數(shù)據(jù)耦合在電力線路上的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述促使裝置被設(shè)置成監(jiān)測在所述輸出處的電力用于確定所述半導(dǎo)體設(shè)備是否處于所述第一狀態(tài)以控制所述耦合裝置。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的電路，用于控制供應(yīng)給負(fù)載的電力，其中所述開關(guān)裝置被設(shè)置成在所述第一與第二狀態(tài)之間交替切換所述半導(dǎo)體設(shè)備。
4.如權(quán)利要求3所述的電路，其中所述半導(dǎo)體設(shè)備處在所述第一與第二狀態(tài)中的時段是可變化的。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電路，其中所述開關(guān)裝置以及所述半導(dǎo)體設(shè)備是使得所述設(shè)備通過來自所述開關(guān)裝置的電脈沖在所述第一與第二狀態(tài)之間被切換。
6.如權(quán)利要求5所述的電路，當(dāng)權(quán)利要求5從屬于權(quán)利要求3和4任一項時，其中所述開關(guān)裝置提供一系列電脈沖以用于在所述狀態(tài)之間切換所述半導(dǎo)體設(shè)備。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的電路，其中所述設(shè)備處于所述耦合裝置與所述源之間的所述電力線路中。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的電路，其中存在另一個與所述電力線路耦合的基于半導(dǎo)體的開關(guān)設(shè)備以用于接收電力與已耦合在所述電力線路上的通信數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項所述的電路，包括用于接收來自所述電力線路的通信數(shù)據(jù)以及電力、提取所接收的通信數(shù)據(jù)以及傳送所供應(yīng)的電力到負(fù)載的裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的電路，當(dāng)權(quán)利要求9從屬于權(quán)利要求8時，其中所述接收裝置被連接以接收來自所述另一個開關(guān)設(shè)備的通信數(shù)據(jù)以及電力。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項所述的電路，包括在海底流體提取井復(fù)合體中的電力與通信供應(yīng)。
12.如權(quán)利要求11所述的電路，其中所述源、第一次提到的開關(guān)設(shè)備以及所述耦合裝置位于頂側(cè)的裝備中。
13.如權(quán)利要求12所述的電路，當(dāng)權(quán)利要求12從屬于權(quán)利要求8或者10時，其中所述另一個基于半導(dǎo)體的開關(guān)設(shè)備位于海底。
全文摘要
公開了AC供電電路，其包括AC電源(1)；在電源與輸出之間的電力線路(8)中的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備(2)；用于在第一狀態(tài)(其中，半導(dǎo)體設(shè)備從源傳輸電力到輸出)與第二狀態(tài)(其中，半導(dǎo)體設(shè)備不傳輸電力到輸出)之間切換半導(dǎo)體設(shè)備的裝置(4)；以及用于將通信數(shù)據(jù)耦合在電力線路上的裝置(11、12)，該電路進(jìn)一步包括用于僅如果所述半導(dǎo)體設(shè)備處于所述第一狀態(tài)中則促使通信數(shù)據(jù)耦合在電力線路上的裝置(10)。
文檔編號H04B3/54GK102332938SQ20111017559
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者J·戴維斯 申請人:韋特柯格雷控制系統(tǒng)有限公司