CN102545182A - 电力控制器系统 - Google Patents

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Abstract

公开设置成通过电路向负载供电的电力控制器系统。该电力控制器系统包括在电通路(31)中提供的用于向负载(20)供应电流的开关装置(30)。控制器(50)设置成当通过该开关装置(30)的电流或该开关装置(30)两端的电压超过预定水平时断开该开关装置(30)。提供电通路(60)，其并联于该负载(20)以便当断开该开关装置(30)时使负载电流能够持续流过该并联的电通路(60)和该负载(20)来耗散存储在连接该并联的电通路(60)至该负载(20)的电路中的电感能量。当该开关装置断开时，即使在例如雷击等故障瞬态情景期间，该并联的电通路(60)使电流能够持续供应到该负载(20)。因此，在故障瞬态情景期间，断开该开关装置(30)以防止过电流通过该开关装置，同时由于该电感能量通过该并联的电通路(60)和该负载(20)耗散，该负载电流将不被中断。

Description

电力控制器系统
发明背景
本发明涉及电力控制器系统，特别地涉及受保护以防例如雷击或故障状态的电力控制器系统。
背景技术
典型地，电力控制器系统包括在雷击或故障状态情况下中断向负载供应电力的开关装置，例如机电开关。然而，为了设法提供更快的反应时间并且减小开关装置的尺寸和成本，正使用例如微机电开关(MEMS)和晶体管(例如MOSFET)等更快的操作装置。尽管这些装置在操作中更快，它们的尺寸与它们可以容纳的故障瞬态成比例。因为它们一般具有相对低的热质量，它们可以仅容纳有限的故障瞬态。
在例如在飞行器中等航空应用中，故障状态或雷击不中断到例如驾驶舱控制和仪器、起落架、发动机控制、环境系统等给定负载的电流(这对飞行器可能是至关重要的)，这是重要的。此外，航空工业中的配电正在向越来越高的电压架构迈进，使得例如雷击等故障电流和环境因素正变得越来越严重。典型地，配电系统被过分设计，例如其中晶体管开关大得多以便能够承受如雷击和故障这样的事件而在这样的瞬态期间不中断负载。然而，过分设计配电系统和开关增加成本、尺寸和重量，这减小飞行器的航程并且增加它的燃料消耗。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供有设置成通过电路向负载供电的电力控制器系统，该系统包括：
在电通路中提供的用于向该负载供应电流的开关装置；
设置成当通过该开关装置的电流或该开关装置两端的电压超过预定水平时断开该开关装置的控制器；和
电通路，其并联于该负载以便当断开该开关装置时使负载电流能够持续流过该并联的电通路和该负载来耗散存储在电路(其连接该并联的电通路至该负载)中的电感能量。
在例如雷击等故障瞬态情景期间，当通过开关装置的电流超过预定水平(例如是预期电流的十倍)时，控制器将命令开关装置关断。在这段期间，负载电流将持续流过并联于负载的电通路，从而耗散存储在电路电缆(其连接配电系统和负载)中的电感能量。因此，负载电流将不被中断，这在航空中例如对于飞行器在飞行期间所依赖的系统是十分重要的。
电通路优选地包括确保存储在电路中的电感能量在适当的方向持续围绕电路流动的二极管。
控制器优选地设置成在预定时段后再次闭合开关，在该预定时段期间，例如雷击等瞬态事件可能已经消退或例如故障等瞬态事件可能已经被纠正，使得负载可持续由配电系统供电。
根据本发明的第二方面，提供有操作电力控制器系统的方法，该电力控制器系统设置成通过电路向负载供电，该方法包括：
当通过该开关装置的电流或该开关装置两端的电压超过预定水平时，断开电通路中的开关装置以用于向负载供应电流，使得负载电流持续流过负载和与负载并联的电通路来耗散存储在电路中的电感能量，该电路包括并且连接并联的电通路至负载。
开关装置优选地在预定时段后闭合使得负载可再次接收来自电源的电流，并且如果该电源电流或电压仍超过预定水平，开关装置则再次断开，否则它保持闭合直到再次检测到超过预定水平的电流或电压。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1示出图示本发明的示例的具有负载的电力控制器系统；
图2是图示在开关装置断开和闭合期间该开关装置两端的电压和通过并联于负载的电通路的电流的曲线图；
图3示出图示本发明的实施例的方法的流程图；以及
图4示出图示本发明的电力控制器系统的更详细的示例。
具体实施方式
图1示出设置成向负载20供电的电力控制器系统10。该电力控制器系统包括电路11，其包括在电通路31中提供的用于向该负载20供应电流的开关装置30。该电通路31包括连接于该开关装置30(其进而连接于该负载20)的电源40。在实践中，该电通路31可一般包括电缆或类似物，其可以是几米或几十米长(这取决于飞行器)，并且其固有地提供一定量的电感(在图1中由标号32指示)。
控制器50设置成当通过开关装置30的电流或开关装置30两端的电压超过预定水平时断开开关装置30。该控制器50优选地连接于电通路31以检测通过电通路31的电流或开关装置30两端的电压。该控制器50可包括当检测的电流或电压超过该预定水平时断开开关装置30的适合的控制部件，例如微处理器。开关装置30可以是例如晶体管(例如MOSFET)、MEMS或机电开关等任何适合的装置。
提供并联于负载20的电通路60。当控制器50断开开关装置30时，使得电源40从负载20切断，电流能够持续流过该并联的电通路60和负载20(如由箭头61指示的)来耗散存储在电路(其连接该并联的电通路60至负载20)中的电感能量32。该电路将典型地由电缆或类似物形成。该并联的电通路60可包括确保电流在与当开关30闭合时相同的方向流过负载20的二极管62。
控制器50优选地设置成在预定时段后再次闭合开关装置30。这个预定时段将取决于连接并联的电通路60至负载20的电路中的电感量以及可能的瞬态事件(例如雷击或用于自动纠正故障的时间)的时长。这个预定时段可例如是几微秒、几十微秒或更长，其取决于系统中的电感量，该电感量可以是寄生的或可包括添加的部件的影响。连接并联的电通路60至负载20的电路中的电感是适当的以便提供足够的时间用于维持电流(如由箭头61指示的)使得到开关30再次闭合的时候瞬态事件将已经大致上消退。然而，如果有必要的话，可在负载20和并联的通路60之间提供额外的电感。在这个预定时段已经过去后，控制器50闭合开关装置30使得电力可再次由电源40提供。这将刷新连接负载20至并联的电通路60的电路中的电感。然而，如果通过开关装置30的电流或开关装置30两端的电压仍超过预定水平，控制器50将再次断开开关装置使得在连接并联的电通路60和负载20的电路或电缆线中提供的电感能量32将再次被耗散。
控制器可持续接通以及关断开关装置30直到瞬态事件已经过去或故障已经被纠正。
图1中示出的示例使电流即使在例如雷击或故障等瞬态事件情况下能够持续供应到负载20。在即使在这样的瞬态雷击或故障情况下仍期望持续向飞行器中的例如驾驶舱或发动机控制等主要部件中的负载供电的情况，这是特别重要的。在不需要如在现有技术中那样过分设计开关部件从而减少成本和重量的情况下即实现这一点。
图2图示在开关装置30的接通和关断期间通过开关装置30的电流IS和开关装置30两端的电压VS。如可以从图2中看到的，随着开关装置30闭合，存在通过它的电流IS而不存在它两端的电压VS。然而，当检测到故障(其中电流或电压超过预定水平)时，开关装置30断开使得不再有任何电流IS通过开关装置30并且然后在它两端提供电压VS。然后电流流过并联的电通路60。在预定时段(在该预定时段期间瞬态将已经大大消退)后，控制器50再次闭合开关装置30，恢复电流IS通过开关装置30并且中止电流流过并联的电通路60。
如果发现开关装置30两端的电压或通过开关装置30的电流仍超过预定水平，开关30第二次断开。如果有必要的话，开关装置30可以反复断开和闭合直到故障状态消退。开关装置30的每个闭合将刷新连接负载20与并联的电通路60的电路(例如电缆)中的电感32。
图3是图示操作本发明的实施例的电力控制器系统的方法的流程图。在时间步骤100，控制器50检测是否存在过电流或电压状况。如果检测有过电流或电压，在步骤200，开关装置30断开，从而中止来自发电机或电源40的电流的流动。当开关装置30断开时，由于并联的电通路60以及电路31中的电感，电流持续流过负载20。
在步骤300，在预定时段后控制器闭合开关装置30，在该预定时段后瞬态可能已经大大消退。在闭合开关装置30后，控制器50回到步骤100，在该步骤确定在开关装置30处是否有过电流或过电压状况。如果瞬态已经充分消退使得通过开关装置30的电流或开关装置30两端的电压小于预定水平，开关装置30则保持闭合。然而，如果通过开关装置30的电流或开关装置30两端的电压仍在预定水平之上，重复在图3中图示的步骤200、300序列。
图4示出图示本发明的电力控制器系统的更详细的示例。如可以从图4中看到的，这些部件中的许多与在图1中示出的那些等同并且提供有相同的标号。在图4中图示的电力控制器系统示出正/负270VDC配电系统的可能的架构。在该示例中的开关装置30是MOSFET，但可使用例如MEMs或IGBTS等其他的开关装置。在例如雷击等故障瞬态情景期间，当通过MOSFET 30的电流超过预定水平(例如，是预期的保护电流的10倍)时，控制器50将命令MOSFET 30关断。在这段时间期间，负载电流将持续流过换向二极管(commutationdiode)62，其耗散存储在连接系统至负载20的电缆或任何电感元件32中的电感能量。
短时间(到该时间的时候，瞬态将已经大大消退)后，控制器50将命令开关装置30回到接通状态。净效应是负载电流在瞬态期间没有被中断并且MOSFET没有经历全瞬态能量。
本技术为配电目的提供数字电流限制的能力，从而消除了对过分设计开关部件的需要从而节省成本和重量。
可对上文描述的示例做出许多变动而不偏离本发明的范围。例如，可在电路中提供任意数量的负载20或可提供任意数量的电路。尽管参考航空工业中的示例描述，本发明可在例如船、车辆、工厂、供电电网或家等任何应用中在电力控制器系统中使用。

Claims (14)

1.一种设置成通过电路向负载供电的电力控制器系统，所述系统包括：
在电通路中提供的用于向所述负载供应电流的开关装置；
设置成当通过所述开关装置的电流或所述开关装置两端的电压超过预定水平时断开所述开关装置的控制器；和
电通路，其设置成并联于所述负载以便当断开所述开关装置时使负载电流能够持续流过该并联的电通路和所述负载来耗散存储在连接所述并联的电通路至所述负载的电路中的电感能量。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述并联的电通路被设置使得存储在所述电路中的所述电感能量在与当所述开关装置闭合时相同的方向持续流动。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述并联的电通路包括确保存储在所述电路中的所述电感能量在与当所述开关装置闭合时相同的方向持续流动的二极管。
4.如权利要求1-3中任一项所述的系统，其中所述控制器设置成在预定时段后闭合所述开关装置。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述控制器设置成如果通过所述开关装置的电流或所述开关装置两端的电压仍超过所述预定水平则再次断开所述开关装置。
6.如权利要求1-5中任一项所述的系统，其包括增加所述并联的电通路和所述负载之间的电感的电感元件。
7.一种包括如权利要求1-6中任一项所述的电力控制器系统的飞行器。
8.一种操作电力控制器系统的方法，所述电力控制器系统设置成通过电路向负载供电，所述方法包括：
当通过所述开关装置的电流或所述开关装置两端的电压超过预定水平时，断开电通路中的开关装置以便向所述负载供应电流，使得负载电流持续流过所述负载和与所述负载并联的所述电通路来耗散存储在所述电路中的电感能量，该电路包括并且连接所述并联的电通路至所述负载。
9.如权利要求8所述的方法，其进一步包括在该开关装置断开后的预定时段时闭合所述开关装置。
10.如权利要求9所述的方法，其进一步包括如果通过所述开关装置的电流或所述开关装置两端的电压仍超过所述预定水平则再次断开所述开关装置。
11.如权利要求10所述的方法，其进一步包括反复断开和闭合所述开关装置直到通过所述开关装置的电流或所述开关装置两端的电压不再超过所述预定水平。
12.一种如权利要求8至11中任一项所述的操作飞行器的电力控制器系统的方法。
13.一种大致上如上文参照附图描述的设置成通过电路向负载供电的电力控制器系统。
14.一种大致上如上文参照附图描述的操作电力控制器系统的方法，所述电力控制器系统设置成通过电路向负载供电。
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