JP2018515055A - 電力コンバータを調整するための方法およびレギュレータ - Google Patents

Abstract

電力コンバータ（２６）を調整するための方法およびレギュレータは、電力コンバータ（２６）からの電圧出力と結合された積分回路（４０）と、電力コンバータ（２６）の目標電圧出力を示す目標電圧信号、および積分された電圧信号を入力として受け取るコンパレータ回路（４２）と、コンパレータ出力信号（５０）を受け取り、電力コンバータ（２６）を駆動するように構成された駆動回路（４４）とを含み、調整システムは、サイクルごとに目標電圧出力と一致する電圧出力を生成するように電力コンバータ（２６）を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力コンバータを調整するための方法およびレギュレータに関する。

航空機配電システムに見られるような電力システムは、航空機のシステムおよびサブシステムに電力を供給するために発電を行う、発電機などの発電システムまたは電源を用いる。電気が電気バスバーを横断して電源から電気負荷に電力を供給すると、電力レギュレータが電力システム全体に分散され、電気負荷に供給された電力が負荷の設計された電力基準を確実に満たすようにする。電力レギュレータは、たとえば、昇圧または降圧電力変換、および直流（ＤＣ）から交流（ＡＣ）への電力変換、またはＡＣからＤＣへの電力変換を行うことができる。

米国特許第５，８０４，９５０Ａ号

一態様では、電力コンバータを調整する方法は、電力コンバータによって、電源から入力電力を受け取ることと、電力コンバータによって、入力電力をサイクル期間中に出力電圧波形に変換することと、積分回路によって、サイクル期間中に出力電圧波形を積分することと、積分された出力電圧波形と基準値とを比較することと、積分された出力電圧波形が比較を満たすと判定することと、積分された出力電圧波形が比較を満たすと判定したことに応答して、サイクル期間の終了までに変換を停止し、次のサイクル期間中に変換に戻ることとを含む。

別の態様では、電力コンバータのためのレギュレータは、電源から電圧出力を受け取り、電圧出力を積分し、積分された電圧出力信号を生成するように構成され、電源の電力コンバータのサイクル期間より速い積分サイクル期間を有する積分回路と、電力コンバータから目標電圧信号を受け取り、目標電圧信号と積分された電圧信号との比較に基づいてコンパレータ出力信号を生成するように構成されたコンパレータ回路と、コンパレータ出力信号を受け取り、積分された電圧出力信号が目標電圧信号との比較を満たすというコンパレータ回路による判定に少なくとも部分的に基づいて、電力コンバータを駆動するように構成された駆動回路とを含む。

さらに別の態様では、電力コンバータシステムは、入力電源に結合され、目標電圧信号、サイクル期間を有し、電源を電圧出力に変換するように構成された電力コンバータと、電力コンバータから電圧出力を受け取り、電圧出力を積分し、積分された電圧出力信号を生成するように構成され、電力コンバータのサイクル期間より速い積分サイクル期間を有する積分回路、電力コンバータから目標電圧信号を受け取り、目標電圧信号と積分された電圧信号との比較に基づいてコンパレータ出力信号を生成するように構成されたコンパレータ回路、およびコンパレータ出力信号を受け取り、積分された電圧出力信号が目標電圧信号との比較を満たすというコンパレータ回路による判定に少なくとも部分的に基づいて、電力コンバータを駆動するように構成された駆動回路を有する調整システムとを含む。

図面の説明は、以下の通りである。

航空機および配電システムの上面概略図である。 配電システムの電力コンバータシステムの概略図である。 電力コンバータを調整する方法のフローチャートである。 図３の方法の適用を示す一組のグラフである。 図３の方法の代替の適用を示す一組のグラフである。

本発明の記載された実施形態は、電源に接続され、コンバータ入力およびコンバータ出力を有する電力コンバータを調整するための方法および装置を対象とする。このような方法および装置が使用され得る１つの例示的な環境は、航空機の配電システムを含むが、これに限定されない。本説明は主に航空機の配電システムを対象とするが、電力コンバータを調整するためのレギュレータを使用するあらゆる環境にも適用可能である。

図１に示すように、航空機１０は、左エンジンシステム１２および右エンジンシステム１４として示される、少なくとも１つのガスタービンエンジンを有するものとして示されている。あるいは、電力システムは、より少ないまたは追加のエンジンシステムを有することができる。左および右エンジンシステム１２，１４は、実質的に同一とすることができ、さらに、電気機械または発電機１８などの少なくとも１つの電源を含むことができる。航空機は、たとえば、アクチュエータ負荷、飛行臨界負荷、および非飛行臨界負荷のような電力消費構成要素または電気負荷２０のセットをさらに有するものとして示されている。電気負荷２０の各々は、配電システム、たとえば送電線またはバスバー２２を介して発電機１８の少なくとも１つと電気的に結合される。

航空機１０において、動作する左および右エンジンシステム１２，１４は、発電機１８に駆動力を提供するために、スプールを介して抽出することができる機械的エネルギーを提供する。発電機１８は、次いでＡＣまたはＤＣ電力などの電力を生成してバスバー２２に生成した電力を提供し、バスバー２２は負荷動作のために電気負荷２０に電力を供給する。緊急電源、ラムエアタービンシステム、スタータ／発電機、またはバッテリなどの電気負荷２０に電力を提供するための追加の電源を含めることができ、電源の代わりに使用することができる。本発明の一実施形態を航空機環境で示しているが、本発明はそのように限定されず、他のモバイル用途および非モバイル産業用途、商業用途、ならびに住宅用途などの非航空機用途の電力システムに一般的に適用されることが理解されよう。

図２は、発電機１８から電気負荷２０に提供された電力を調整するための電力コンバータシステム２４の一実施形態を示している。示すように、電力コンバータシステム２４は、電力コンバータ２６を含む。電力コンバータ２６は、発電機１８と電気的に結合された入力２８と、電気負荷２０と電気的に結合された電圧出力３０とを有する。電力コンバータ２６は、ＤＣ発電機１８として示される発電機１８によって生成された電力を、電気負荷２０の目標電力出力に変更、適合、または変換する。電力コンバータ２６は、電力コンバータ２６の動作を制御するためのレギュレータシステム３２と結合される。電力コンバータシステム２４は、動作の１つまたは複数のサイクルを実行するように構成される。動作のサイクルは、電力コンバータ２６が動作するための期間とすることができ、電力コンバータデューティサイクルとも呼ばれる。電力コンバータ２６は、発電機１８によって生成された電力を変換し、各電力コンバータデューティサイクル中に目標電力出力を負荷２０に供給することが期待される。電力コンバータ２６の一例は、これに限定されないが、スイッチング変換の実施形態を含むことができ、フルブリッジ（たとえば、４つのスイッチ）、またはハーフブリッジ（たとえば、バックスイッチに加えて２つのスイッチ）は、電圧または位相変換なしで変調された電力変換を提供することができる。

電力コンバータシステム２４は、インダクタ−キャパシタ（ＬＣ）フィルタ３４のようなオプションの電力コンバータ出力フィルタを有するものとしてさらに示されており、これは電力コンバータ出力３０の過渡変動をフィルタリングし、電気負荷２０に均一な電力出力を提供するように動作することができる。たとえば、電力コンバータ２６は、電力コンバータ入力２８を（たとえば、パルス幅変調を介して）可変電圧出力３０を有する電圧波形に変換するように構成することができる。ＬＣフィルタ３４は、可変電圧出力３０をフィルタリングして電気負荷２０により一貫した電力出力を提供するように動作することができる。

レギュレータシステム３２は、積分回路４０と、コンパレータ回路４２と、駆動回路４４とを含む。積分回路４０は、電力コンバータ２６の電圧出力３０と結合され、一定の期間にわたって電圧出力３０を積分、加算、または蓄積するように構成される。積分回路４０は、時間の関数としての電圧出力３０の積分を示す積分出力信号４６をコンパレータ回路４２に提供する。本明細書で使用する場合、「積分する」または「積分」は、一定の期間にわたって電圧出力３０の大きさを加算または蓄積することを含み、それにより積分出力信号４６が、電圧出力３０で受け取られた電圧の総量をリアルタイムで示すか、またはリアルタイムに近づけて表す。

たとえば、積分回路４０は、電力コンバータデューティサイクルより著しく小さい積分サンプルを含むか、または電力コンバータデューティサイクルより著しく高い分解能を有するサンプリング期間を画定することができる。この意味で、積分回路４０は、電力コンバータ２６の期間中に電圧出力３０を構成するか、または積分することができる。１つの非限定的な例では、電力コンバータデューティサイクルを積分サンプル期間と対比させると、積分サンプル期間は、電力コンバータデューティサイクルの１０分の１（すなわち、分解能の少なくとも１０倍の速さ、または１０倍より高い）とすることができる。積分サンプル期間は、電力コンバータデューティサイクルの１０分の１と説明したが、積分サンプル期間が電力コンバータデューティサイクルの少なくとも１０倍速い限り、任意の積分サンプル期間を含めることができる。電力コンバータデューティサイクルに関して、より速い積分サンプル期間比は、より遅い積分期間比と比較して、積分関数をより速く実行することによって、またはより多くの増分積分ステップにより、積分関数の分解能または精度を向上させるということを理解されたい。さらに、積分回路４０は、別の構成要素またはモジュールからのリセット信号などの外部コマンドに応答して、電圧出力３０の積分をリセットすることができるように、または積分出力信号４６をゼロにすることができるように構成することができる。

積分回路４０は電圧出力３０と結合されるものとして説明したが、積分回路４０は電圧出力３０の大きさを積分回路４０に供給するように構成される任意の電気的結合を含むことができる。たとえば、積分回路４０は、電圧出力３０から直接電圧値を受け取り、感知し、または測定するように構成することができる。これに加えてまたはこれに代えて、積分回路４０は、電圧を受け取り、感知し、または測定することができるか、または電圧を受け取り、感知し、または測定する別の構成要素と結合することができる。たとえば、積分回路４０を電圧センサに結合することができ、電圧センサはそれぞれの電圧出力３０を示す信号を提供することができる。前の例では、追加の構成要素は、積分サンプル期間以下の期間にわたって、またはその間に、電圧出力３０を動作させ、感知し、または測定することができる。

電圧出力３０を感知または測定することは、電圧出力３０自体を直接感知または測定するのではなく、電圧出力３０の大きさを示すまたは関連する値を判定することを含むことができる。さらに、電圧センサの１つの非限定的な例を説明したが、本発明の実施形態は、電力コンバータ２６による電圧出力３０の大きさを判定するために利用することができる、電気的特性の感知または測定を含むことができる。感知または測定された値は、追加の構成要素に提供することができる。たとえば、値をコントローラに提供することができ、コントローラは、電圧出力３０の大きさまたは前記大きさを表す電気的特性を判定するために値に対する処理を実行することができる。上述の実施形態では、コントローラによる感知または測定、または判定は、積分回路４０と同化することができる。さらに、積分回路４０による使用または積分のために、たとえば、電圧出力３０を調整する追加の回路または機能構成要素を含めることができる。

さらに、積分回路４０は、集積回路または演算増幅器として示されているが、本発明の実施形態は、これに限定されないが、上述したように、コントローラと、電圧出力３０の積分を判定するための実行可能命令セットを有するコンピュータプログラムとを含む積分回路４０を含むことができる。コンピュータプログラムは、機械実行可能命令またはそれに記憶されたデータ構造を搬送または有するための機械可読媒体を含み得るコンピュータプログラム製品を含むことができる。このような機械可読媒体は、任意の利用可能な媒体であり得、これはコントローラを有する汎用もしくは専用コンピュータまたは他の機械によってアクセスすることができる。一般に、このようなコンピュータプログラムは、特定のタスクを実行する、または特定の抽象データタイプを実施するという技術的効果を有するルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素、データ構造、アルゴリズムなどを含むことができる。機械実行可能命令、関連するデータ構造、およびプログラムは、本明細書で開示されているような情報の交換を実行するためのプログラムコードの例を表す。機械実行可能命令は、たとえば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または専用処理装置に特定の機能または機能群を実行させる命令およびデータを含むことができる。

コンパレータ回路４２は、各電力コンバータデューティサイクル中に積分出力信号４６、および所望の目標電力出力を示す基準信号４８を受け取るように構成される。コンパレータ回路４２は、積分出力信号４６と基準信号４８との比較に少なくとも部分的に基づいて、コンパレータ出力信号５０を生成するように構成することができる。１つの非限定的な例では、基準信号４８は基準しきい値を含むことができ、それによりコンパレータ回路４２が積分出力信号４６と基準しきい値とを比較し、積分出力信号４６が基準しきい値を満たすかどうかを判定することができる。本明細書で使用する場合、用語「満たす」は、たとえば、それぞれの値または基準信号４８に等しいかまたはそれより小さいことを意味することができる。このような判定は、正／負比較または真／偽比較によって満たされるよう容易に変更することができることが理解されよう。比較が基準信号４８を満たすという判定に応答して、コンパレータ回路４２は、たとえば、比較の満足を示すコンパレータ出力信号５０を生成することができる。コンパレータ出力信号５０は、比較の満足を示すために指定された高もしくは低信号、または事実上任意の他の信号波形を含むことができることが理解されよう。

本発明の実施形態はさらに、所定の基準信号４８を含むことができる。たとえば、所定の基準信号４８は、電力コンバータ２６、ＬＣフィルタ３４、または電気負荷２０の電気的特性の一部に基づいて設定、決定、または選択することができ、電力コンバータデューティサイクルの目標電力または電圧出力を非変数値（たとえば、２８ＶＤＣなど）に設定することができる。これに加えてまたはこれに代えて、本発明の実施形態はさらに、電力コンバータシステム２４の電気的特性によって変化する基準信号４８を含むことができる。この実施形態では、基準信号４８の変動は、電力コンバータ２６、ＬＣフィルタ３４、または電気負荷２０の電気的特性に少なくとも部分的に起因し得る。加えて、基準信号４８の変動は、たとえば、電気負荷２０による瞬時電力消費（たとえば、負荷２０の電源オンまたは電源オフによって引き起こされる過渡的な電気的特性の間）、電力コンバータ入力２８での可変発電機１８の電力供給、または電力コンバータ出力３０で生成された電力変換の変動による電気的特性の変動に少なくとも部分的に起因し得る。前の例では、基準信号４８は、このような過渡的な電気的特性を考慮して、所望の目標電力出力を変更することができる。たとえば、基準信号４８は、電気負荷２０による高電力消費の期間中に、または追加の目標電力出力の成形技術によって、目標電力出力を増加させることができる。

たとえば、図示のように、基準信号４８は、低速トリムループ５２からの入力を受け取ることができ、ＬＣフィルタ３４の下流の電気負荷２０に供給された実際の電力出力をさらに受け取る。低速トリムループ５２は、たとえば、瞬時電気過渡特性、推定された過渡特性、直前の電力コンバータデューティサイクルの数の移動平均、出力の感知もしくは測定の不正確さ、または前述した電気的特性の考察のいずれかの加重平均に少なくとも部分的に基づいて、所望の目標電力出力、したがって基準信号４８を変更することができる。さらに、低速トリムループ５２が示されているが、基準信号４８または目標電力出力値は、上で説明したように、コントローラおよび実行可能命令セットを有するコンピュータプログラムを使用して代替的に決定されてもよい。基準信号４８または目標電力出力値に影響を及ぼす追加の電気的考察を、含めることができる。

コンパレータ出力信号５０は、示すように、電力コンバータ駆動コントローラ５４と、ラッチ回路５６とを含む駆動回路４４に供給される。電力コンバータ駆動コントローラ５４は、電力コンバータ２６を駆動するように、すなわち、電力コンバータ２６によってコンバータ入力２８からコンバータ出力３０への変換の動作を制御するように構成される。上記コントローラの例で説明したように、駆動コントローラ５４は、変換動作を制御する実行可能命令セットを有するコンピュータプログラムを実行するように構成することができる。

ラッチ回路５６は、「セット」入力５８および「リセット」入力６０と、ラッチ出力信号６２とを有するものとして示されている。ラッチ回路５６は、セット入力５８で受け取られたトリガ入力に応答して、ラッチ出力信号６２を、たとえば５ＶＤＣのような高信号値に連続的に設定するように構成される。ラッチ出力信号６２は、ラッチ回路５６がリセットされるまで、すなわちラッチ回路５６がリセット入力６０からトリガ入力を受け取るまで、この高出力信号６２を出力し続ける。リセットされると、ラッチ回路５６は、ラッチ回路５６がトリガセット入力５８を再び受け取るまで、たとえばゼロまたは１ＶＤＣのような低信号値へと異なる値にラッチ出力信号６２を連続的に設定するように構成される。高／低値はトリガイベントに応答した信号として説明したが、第１のラッチ出力信号と第２のラッチ出力信号とを区別することができる任意の指定値を使用することができ、このような信号は高／低、低／高、真／偽、正／負、またはその他の２進インジケータを示すように容易に変更することができることが理解されよう。

図示のように、ラッチ回路５６のセット入力５８は、電力コントローラデューティサイクルと等しいとすることができるが、必ずしも等しい必要はないサイクル期間Ｔでラッチ回路５６にパルス出力を供給するように構成されたオシレータ６４と電気的に結合される。ラッチ回路５６のリセット入力６０は、コンパレータ回路４２と電気的に結合することができ、それによりリセット入力６０はコンパレータ出力信号５０を受け取ることができる。この意味で、オシレータ６４のパルス出力および比較の満足を示すコンパレータ出力信号５０は、それぞれ、セットおよびリセット入力５８，６０のトリガ入力となるように構成することができる。ラッチ回路５６は、トリガリセット入力６０を受け取らずに、オシレータ６４のパルス出力を受け取ると、ラッチ出力信号６２を供給して駆動コントローラ５４を作動させ、次に電力コンバータ２６を作動させてコンバータ入力２８をコンバータ出力３０に変換する。ラッチ回路５６は、トリガセット入力５８を受け取らずに、トリガリセット入力６０、すなわち、積分された出力電圧の比較が基準値４８を満たすというコンパレータ回路５０からの指示を受け取ると、ラッチ出力信号６２を供給して駆動コントローラ５４を非作動にし、次に電力コンバータ２６を非作動にして電力変換を停止し、電力コンバータデューティサイクルを終了させる。ラッチ回路５６はさらに、ラッチ出力信号６２と同じ構成によってトリガされ、積分回路４０に供給され、電圧出力３０または積分出力信号４６の積分をリセットまたはゼロにするように構成されたリセット出力信号６６を含むことができ、リセット出力信号６６に応答して、積分回路４０は再び積分を再開することができる。

ここで図３を参照すると、電力コンバータ２６を調整する方法１００が説明されている。方法は、受け取りステップ１１０から始まり、電力コンバータ２６は、発電機１８から変換入力電力２８を受け取る。受け取りステップ１１０に続いて変換ステップ１２０があり、電力コンバータ２６は、変換入力２８で発電機１８から受け取られた電力を電力コンバータ出力３０で出力電力波形に変換する。このステップでは、ラッチ回路５６がオシレータ６４から第１のサイクル期間Ｔの開始を示すパルス信号を受け取ると、電力コンバータ２６による変換を制御することができる。これに応答して、ラッチ回路５６は電力コンバータデューティサイクルの開始を示すラッチ出力信号６２を駆動コントローラ５４に供給してリセット出力信号６６を積分回路４０に供給し、上で説明したように、積分回路４０をリセットまたはゼロにする。

次に、積分回路４０は、積分ステップ１３０を実行し、回路４０は、サイクル期間中の１つまたは複数のサンプル期間にわたる出力電圧波形を積分し、積分出力信号４６として積分されたまたは加算された出力値をコンパレータ回路４２に供給する。コンパレータ回路４２は、比較ステップ１４０を実行し、それにより電力コンバータ２６によって変換された電力量を示す積分された出力電圧波形が、第１のサイクル期間Ｔ中に電力コンバータ２６によって変換される所望の電力量を示す基準値４８と比較される。比較ステップ１４０に続いて判定ステップ１５０があり、コンパレータ回路４２は、比較ステップ１４０の比較に基づいて、上で説明したように、積分された出力電圧波形が比較を満たすかどうかを判定する。

比較が満たされたとの判定に応答して、すなわち、積分された出力電圧波形が所望の変換電力量（たとえば、基準値４８）以上である場合、方法１００は、変換停止ステップ１６０を実行し、コンパレータ回路４２は、ラッチ回路５６のリセット入力６０で受け取られる比較の満足を示すコンパレータ出力信号を供給し、結果として駆動コントローラ５４を動作させて電力コンバータ２６による電力の変換を停止し、サイクル期間Ｔの終了前に起こり得る電力コンバータデューティサイクルを終了させる。停止は、オシレータがラッチ回路５６のセット入力５８に別のパルス信号を供給する際に、オシレータ６４によって決定される次のサイクル期間Ｔまで継続する。この意味で、第２のサイクル期間の開始は、オシレータ６４からのタイミングまたはパルス信号の受け取り、および比較ステップ１４０の比較の満足に少なくとも部分的に基づく。

方法１００はさらに、繰り返しステップ（点線１７０によって示される）を含むことができ、それにより方法１００は、各サイクル期間Ｔ、たとえば、第２のサイクル期間、一組のサイクル期間、または各連続サイクル期間に対して繰り返され、方法ステップ１００は、サイクルごとに電力コンバータの出力を自己調整するように動作する。示された順序は、説明のためのものに過ぎず、記載された方法を損なうことなく、方法の部分は異なる論理的順序で進行することができ、追加のもしくは介在する部分を含めることができ、または方法の記載された部分を複数の部分に分割することができ、または方法の記載された部分を省略することができることが理解されるように、決して方法１００を限定することを意味するものではない。

図４は、図３の方法１００の例示的な適用を示している。示すように、各サイクル期間（ｘ軸に沿って「Ｔ」で示される）の間、電力コンバータ２６は、コンバータ入力２８で受け取られた電力を、第１のグラフ２００に示す電圧出力３０に変換する。また、時間が揃えられた第２のグラフ２１０には、同じサイクル期間（Ｔ）にわたる積分出力信号４６が示されている。図示のように、電力コンバータ２６は、積分出力信号４６によって表されるように、積分回路４０によって同時に積分されるサイクル期間Ｔにわたって、たとえば出力電圧「Ｖｏｕｔ」で電圧３０を電気負荷２０に供給し、これは、サイクル期間Ｔで変換された電力の蓄積をさらに示す。第２のグラフ２１０の積分出力信号４６が、基準信号４８によって示されるように変換された所望の電力量に達すると、方法１００は、第１のグラフ２００のコンバータ出力３０の低下がゼロを示すように、電力変換を停止する。これに対応して、第２のグラフ２１０の積分出力信号４６は、もはや出力電力が蓄積されないので一定のままであり、次の期間Ｔの開始時に最終的にゼロにリセットされる。本発明の代替の実施形態は、各連続サイクル期間Ｔの開始時とは対照的に、出力信号４６と基準信号４８との比較を満たしたときに積分出力信号４６を直ちにリセットすることができる構成を含むことができる。

さらに、図４に示す電力変換は、たとえば、ＤＣ入力２８からＤＣ出力３０への電力変換（すなわち、ＤＣからＤＣへの電力変換）を含むことができるが、本発明の実施形態は、ＤＣ入力２８からＡＣ出力への電力変換（すなわち、ＤＣからＡＣへの電力変換）を含むことができる。このような実施形態では、積分回路４０は、たとえば、変換された電力の大きさまたは絶対量を積分することができる。

図５は、本発明のさらに別の実施形態を示しており、たとえば、所望の量のコンバータ電力は、電力コンバータ２６がパルス幅変調に従って増加するコンバータ電力の量を供給することができる場合のように、サイクル期間ごとに変えることができる。図５の第１のグラフ３００に見られるように、各サイクル期間（ｘ軸に沿って「Ｔ」で示される）の間、電力コンバータ２６は、コンバータ入力２８で受け取られた電力をコンバータ出力電力３３０に変換し、各連続サイクル期間は、より高いデューティサイクルを有する。また、時間が揃えられた第２のグラフ３１０には、同じサイクル期間（Ｔ）にわたる積分出力信号３４６が示されている。図示のように、電力コンバータ２６は、積分出力信号３４６によって表されるように、積分回路４０によって同時に積分されるサイクル期間Ｔにわたって、たとえば出力電圧「Ｖｏｕｔ」で出力電力３３０を電気負荷２０に供給し、これは、サイクル期間Ｔで変換された電力の蓄積をさらに示す。また、第２のグラフ３１０には、デューティサイクルの予想される増加による、変換された電力量の所望の増加に対応するように期間ごとに増加する基準信号３４８が示されている。この意味で、基準信号３４８は、パルス幅変調のような所望の出力電圧波形に従って各電力コンバータ２６のサイクル期間のデューティサイクルを駆動するために変えることができる。増加するデューティサイクルが示されているが、本発明の実施形態は、記載された方法１００によって制御可能であるように、デューティサイクルを増加、減少、または交互に増加および減少させることを含むことができる。

上の図で示したものに加えて、多くの他の可能な実施形態および構成が、本開示によって企図されている。たとえば、本発明の一実施形態は、駆動回路４４のサブ構成要素として構成されたオシレータ６４を企図している。本発明の別の実施形態は、たとえば、共通のオシレータ６４が一組の電力コンバータ２６にわたって電力変換を同期させるために利用される、レギュレータシステム３２から完全に取り除かれたオシレータ６４を企図している。本発明のさらに別の実施形態は、低速トリムループ５２がコンバータ出力３０の分散が分散範囲または分散しきい値を超えると判定した場合にのみ、ループ５２を組み込んで基準信号４８を調節することを企図している。さらに、様々な構成要素の設計および配置は、いくつかの異なるインライン構成が実現できるように再構成することができる。

本明細書で開示される実施形態は、電力コンバータを調整するための方法および装置を提供する。技術的効果は、上述の実施形態が、本明細書に記載の方法に従って入力電力から出力電力への電力変換の調整を可能にすることである。上記の実施形態で実現することができる１つの利点は、上述の実施形態が、電力コンバータを動作させるように、またはサイクルごとに電力コンバータの出力を調整するように構成されることである。さらに、調整の方法および装置は、システムに完全に内蔵されており、正確な電力調整を提供するために外部入力を必要としない。システムが内蔵され、サイクルごとに電力変換を調整することができることにより、安定したエラーアンプや追加のフィードバック制御などの既存の構成要素を除去し、より正確な結果を得ることができる。

さらに、上述の実施形態は、電力を変換し、電気負荷を駆動することが可能であり、負荷は、電力コンバータシステムに急激な変化を与え、歪みは少なくなる。本発明の特定の実施形態では、電気負荷は、電力コンバータシステムに高い進みまたは遅れ力率負荷を与え、調整システムは、同じサイクルまたは連続サイクルの間に、必要に応じてコンバータ出力のデューティサイクルなどの電力変換を変化する電流に調節することができる。

上記の実施形態で実現することができる別の利点は、従来の制御ループが課された過渡要件を満たすために位相マージンの限界に近づいている場合、調整システムがスイッチング電力コンバータの過渡応答を改良し、電力コンバータの安定性を改良することができることである。これは、フィードバックループがエラーアンプの比較のために整流された出力波形を平均化するのに十分なローパスフィルタを必要とする、低周波出力のＤＣ−ＡＣコンバータの場合に特に当てはまる。

すでに説明されていない限りにおいて、様々な実施形態の異なる特徴および構造を、所望に応じて互いに組み合わせて使用することができる。１つの特徴を実施形態のすべてにおいて示しているわけではないということは、それができないと解釈されるものではなく、説明を簡潔にするためにそのようにしているのである。したがって、新規な実施形態が明白に記載されているか否かを問わず、新規な実施形態を形成するように、異なる実施形態の様々な特徴を所望のように混合し適合させることができる。本明細書に記載されている特徴のすべての組み合わせまたは置換は、本開示によって包括される。

本明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
［実施態様１］
電力コンバータ（２６）を調整する方法であって、
電力コンバータ（２６）によって、電源から入力電力（２８）を受け取ることと、
前記電力コンバータ（２６）によって、前記入力電力（２８）をサイクル期間（Ｔ）中に出力電圧波形に変換することと、
積分回路（４０）によって、前記サイクル期間（Ｔ）中に前記出力電圧波形を積分することと、
前記積分された出力電圧波形と基準値（４８）とを比較することと、
前記積分された出力電圧波形が前記比較を満たすと判定することと、
前記積分された出力電圧波形が前記比較を満たすと判定したことに応答して、前記サイクル期間（Ｔ）の終了までに前記変換を停止し、次のサイクル期間（Ｔ）中に前記変換に戻ることとを含む、方法。
［実施態様２］
連続サイクル期間（Ｔ）において前記変換すること、前記積分すること、前記比較すること、前記判定すること、および前記変換を前記停止することを繰り返すことをさらに含み、前記繰り返すことが、サイクルごとに前記電力コンバータ（２６）の前記出力を調整する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記積分することに先立って前記電力コンバータ（２６）の前記出力の前記出力電圧波形を感知することをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
前記積分することが、前記第１のサイクル期間（Ｔ）より短い期間で実行される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
前記積分することが、前記サイクル期間（Ｔ）の少なくとも１０倍の速さである、実施態様４に記載の方法。
［実施態様６］
前記基準値（４８）が、所定の基準値である、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
前記基準値（４８）が、前記出力電圧の低速トリムループ変動に少なくとも部分的に基づいてさらに判定される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
前記基準値（４８）が、所望の出力電圧波形に従って変化する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
タイミング信号および前記比較の前記満足に基づいて前記第２のサイクル期間（Ｔ）の開始を判定することをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
前記判定することが、前記タイミング信号をセット入力（５８）として、および前記比較の前記満足をリセット入力（６０）として有するラッチ回路（５６）で前記電力コンバータ（２６）を駆動することをさらに含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１１］
前記判定することが、前記積分回路（４０）をリセットすることをさらに含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１２］
電力コンバータ（２６）のためのレギュレータであって、
電源から電圧出力（３０）を受け取り、前記電圧出力（３０）を積分し、積分された電圧出力信号（４６）を生成するように構成され、前記電源の電力コンバータ（２６）のサイクル期間（Ｔ）より速い積分サイクル期間を有する積分回路（４０）と、
前記電力コンバータ（２６）から目標電圧信号を受け取り、目標電圧信号と前記積分された電圧信号との比較に基づいてコンパレータ出力信号（５０）を生成するように構成されたコンパレータ回路（４２）と、
前記コンパレータ出力信号（５０）を受け取り、前記積分された電圧出力信号（４６）が前記目標電圧信号との比較を満たすという前記コンパレータ回路（４２）による判定に少なくとも部分的に基づいて、前記電力コンバータ（２６）を駆動するように構成された駆動回路（４４）と
を備える、レギュレータ。
［実施態様１３］
前記電力コンバータ（２６）からの前記電圧出力（３０）を受け取り、低速トリムループ出力に基づいて前記目標電圧信号を生成するように構成された低速トリムループ（５２）をさらに備える、実施態様１２に記載のレギュレータ。
［実施態様１４］
前記駆動回路（４４）が、前記コンパレータ出力信号（５０）をリセット入力（６０）信号として、およびサイクル期間信号をセット入力（５８）信号として受け取るように構成されたラッチ回路（５６）をさらに備える、実施態様１２に記載のレギュレータ。
［実施態様１５］
前記ラッチ回路（５６）が、前記電力コンバータ（２６）の前記サイクル期間（Ｔ）を画定するようにさらに構成される、実施態様１４に記載のレギュレータ。
［実施態様１６］
前記駆動回路（４４）が、積分リセット信号を生成するようにさらに構成され、前記積分回路（４０）が、前記積分リセット信号に基づいて前記積分をリセットするようにさらに構成される、実施態様１２に記載のレギュレータ。
［実施態様１７］
入力電源に結合され、目標電圧信号、サイクル期間（Ｔ）を有し、前記電源を電圧出力（３０）に変換するように構成された電力コンバータ（２６）と、
前記電力コンバータ（２６）から前記電圧出力（３０）を受け取り、前記電圧出力（３０）を積分し、積分された電圧出力信号（４６）を生成するように構成され、電力コンバータ（２６）のサイクル期間（Ｔ）より速い積分サイクル期間を有する積分回路（４０）、
前記電力コンバータ（２６）から目標電圧信号を受け取り、目標電圧信号と前記積分された電圧信号との比較に基づいてコンパレータ出力信号（５０）を生成するように構成されたコンパレータ回路（４２）、および
前記コンパレータ出力信号（５０）を受け取り、前記積分された電圧出力信号（４６）が前記目標電圧信号との比較を満たすという前記コンパレータ回路（４２）による判定に少なくとも部分的に基づいて、前記電力コンバータ（２６）を駆動するように構成された駆動回路（４４）を有する調整システムとを含む、電力コンバータシステム（２４）。
［実施態様１８］
前記入力電源が、直流であり、前記電圧出力（３０）が、交流である、実施態様１７に記載のシステム（２４）。
［実施態様１９］
前記入力電源が、直流であり、前記電圧出力（３０）が、直流である、実施態様１７に記載のシステム（２４）。
［実施態様２０］
前記電力コンバータ（２６）が、可変入力電源と結合される、実施態様１７に記載のシステム（２４）。

１０ 航空機
１２ 左エンジンシステム
１４ 右エンジンシステム
１８ 可変発電機、ＤＣ発電機
２０ 電気負荷
２２ バスバー
２４ 電力コンバータシステム
２６ 電力コンバータ
２８ 電力コンバータ入力、ＤＣ入力、変換入力電力、変換入力
３０ 電力コンバータ出力、可変電圧出力、ＤＣ出力、電圧出力
３２ レギュレータシステム
３４ ＬＣフィルタ
４０ 積分回路
４２ コンパレータ回路
４４ 駆動回路
４６ 積分出力信号
４８ 基準値、基準信号
５０ コンパレータ出力信号
５２ 低速トリムループ
５４ 駆動コントローラ
５６ ラッチ回路
５８ セット入力
６０ リセット入力
６２ ラッチ出力信号、高出力信号
６４ オシレータ
６６ リセット出力信号
１００ 方法ステップ
１１０ 受け取りステップ
１２０ 変換ステップ
１３０ 積分ステップ
１４０ 比較ステップ
１５０ 判定ステップ
１６０ 変換停止ステップ
１７０ 点線
２００ 第１のグラフ
２１０ 第２のグラフ
３００ 第１のグラフ
３１０ 第２のグラフ
３３０ コンバータ出力電力
３３０ 出力電力
３４６ 積分出力信号
３４８ 基準信号
Ｔ サイクル期間

Claims (10)

1. 電力コンバータ（２６）を調整する方法であって、
   電力コンバータ（２６）によって、電源から入力電力（２８）を受け取ることと、
   前記電力コンバータ（２６）によって、前記入力電力（２８）をサイクル期間（Ｔ）中に出力電圧波形に変換することと、
   積分回路（４０）によって、前記サイクル期間（Ｔ）中に前記出力電圧波形を積分することと、
   前記積分された出力電圧波形と基準値（４８）とを比較することと、
   前記積分された出力電圧波形が前記比較を満たすと判定することと、
   前記積分された出力電圧波形が前記比較を満たすと判定したことに応答して、前記サイクル期間（Ｔ）の終了までに前記変換を停止し、次のサイクル期間（Ｔ）中に前記変換に戻ることとを含む、方法。
2. 連続サイクル期間（Ｔ）において前記変換すること、前記積分すること、前記比較すること、前記判定すること、および前記変換を前記停止することを繰り返すことをさらに含み、前記繰り返すことが、サイクルごとに前記電力コンバータ（２６）の前記出力を調整する、請求項１に記載の方法。
3. 前記積分することに先立って前記電力コンバータ（２６）の前記出力の前記出力電圧波形を感知することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記積分することが、前記第１のサイクル期間（Ｔ）より短い期間で実行される、請求項１に記載の方法。
5. 前記積分することが、前記サイクル期間（Ｔ）の少なくとも１０倍の速さである、請求項４に記載の方法。
6. タイミング信号および前記比較の前記満足に基づいて前記第２のサイクル期間（Ｔ）の開始を判定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 電力コンバータ（２６）のためのレギュレータであって、
   電源から電圧出力（３０）を受け取り、前記電圧出力（３０）を積分し、積分された電圧出力信号（４６）を生成するように構成され、前記電源の電力コンバータ（２６）のサイクル期間（Ｔ）より速い積分サイクル期間を有する積分回路（４０）と、
   前記電力コンバータ（２６）から目標電圧信号を受け取り、目標電圧信号と前記積分された電圧信号との比較に基づいてコンパレータ出力信号（５０）を生成するように構成されたコンパレータ回路（４２）と、
   前記コンパレータ出力信号（５０）を受け取り、前記積分された電圧出力信号（４６）が前記目標電圧信号との比較を満たすという前記コンパレータ回路（４２）による判定に少なくとも部分的に基づいて、前記電力コンバータ（２６）を駆動するように構成された駆動回路（４４）と
   を備える、レギュレータ。
8. 前記駆動回路（４４）が、前記コンパレータ出力信号（５０）をリセット入力（６０）信号として、およびサイクル期間信号をセット入力（５８）信号として受け取るように構成されたラッチ回路（５６）をさらに備える、請求項７に記載のレギュレータ。
9. 前記ラッチ回路（５６）が、前記電力コンバータ（２６）の前記サイクル期間（Ｔ）を画定するようにさらに構成される、請求項８に記載のレギュレータ。
10. 前記駆動回路（４４）が、積分リセット信号を生成するようにさらに構成され、前記積分回路（４０）が、前記積分リセット信号に基づいて前記積分をリセットするようにさらに構成される、請求項７に記載のレギュレータ。