并行模块化转换器架构的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施方式总体涉及功率管理，并且具体地涉及用于提供改善的模块化并行转换器架构的系统和方法，该改善的模块化并行转换器架构利用多个并行模块化转换器模块为多个负载供电。
【背景技术】
[0002]现代的交通工具使用大量的电子设备、电动机、加热器以及其他电驱动设备。具体地，电动机普遍存在于现代的交通工具中，包括飞机，并且为从液压栗到机舱风机的每个部件提供动力。传统地，这些电动机中的每个由独立的电动机控制器驱动。每个电动机控制器的大小形成为能够承载为全功率下的其相应电动机供电所需要的电流的最大量持续延长的时段(并且通常，为安全起见包括一些额外的容量)，而不会发生过热或故障。
[0003]因此，每个飞机承载过多数量的电动机控制器，每个电动机控制器尺寸过大并且大部分时间未充分使用。换言之，电动机控制器包括充足的容量以使电动机以全功率运行延长的时段加上安全裕度，但是电动机(如果有过的话)很少以全容量运行。这是因为电动机本身内建有一些安全裕度并且因为，大部分时间，电动机在较低的需求状态下操作(例如，机舱风机不总是“高的”)。此外，一些电动机仅偶尔使用，或者在特定的飞行段期间，而在其余的时间是未使用的。因此，许多飞机的重的、昂贵的电动机控制器的定额设备(complement)以不起作用或者主要低于其额定功率输出消耗了其大部分使用寿命。
[0004]因此，需要的是使可单独工作的或者并行于其他并行电动机控制器的多个、模块化的、可分配的、动态地可重新配置的电动机控制器的使用能够满足功率控制需求的系统架构。系统应当使一个或多个并行控制器能够根据需要被分配到飞机中的每个活动的电负载，以满足现有的功率需求。系统应当使每个电动机控制器的容量能够更充分地利用，减少系统的重量、成本和复杂度。本公开的实施方式主要针对这样的系统。
【发明内容】
[0005]应当理解，提供本
【发明内容】
从而以简单的形式介绍下面在详细说明书中进一步描述的概念的选择。本
【发明内容】
不旨在用于限制所要求保护主题的范围。
[0006]本公开的实施方式涉及电负载的模块化功率分配和功率转换系统。系统可以包括被连接以形成并行模块转换器(“转换器”)的多个并行模块转换器模块(模块)。每个模块可以单独使用，或者结合其他模块使用以满足特定的功率需求。模块100还可以基于负载代表的优先级分配给负载。
[0007]本公开的实施方式可以包括第一并行模块转换器模块，该并行模块转换器模块包括:逻辑处理器，确定第一脉冲宽度调制(PWM)频率和持续时间并且生成相应的第一控制信号；电动机控制数字信号处理器(DSP)，基于第一控制信号生成PWM信号；栅极驱动器，基于PWM信号激活逆变器以产生交流电流(AC)输出信号；以及模块通信总线，促使第一并行模块转换器模块和第二并行模块转换器模块之间的通信。
[0008]本公开的实施方式还可以包括并行模块转换器，该并行模块转换器包括:第一并行模块转换器模块，提供第一交流电流(AC)输出信号并且连接至模块通信总线；第二并行模块转换器模块，提供第二 AC输出信号并且连接至模块通信总线；以及主逻辑控制器，将第一负载分配至第一并行模块转换器模块和第二并行模块转换器模块中的一个或多个。在一些实施方式中，模块通信总线可以连接第一并行模块转换器模块和第二并行模块转换器模块。系统还可以包括主通信控制器，该主通信控制器连接至模块通信总线和主逻辑控制器以在主通信控制器和主逻辑控制器之间路由消息。
[0009]本公开的实施方式还可以包括一种提供功率的方法。在一些实施方式中，该方法可以包括:将第一并行模块转换器模块和第二并行模块转换器模块以及主逻辑控制器与并行模块转换器模块通信总线连接；利用主通信控制器在第一并行模块转换器模块、第二并行模块转换器模块和主逻辑控制器之间路由通信；并且在主逻辑控制器处接收来自一个或多个飞机系统的一个或多个负载请求。在一些实施方式中，该方法可以进一步包括:利用主逻辑控制器将一个或多个负载请求分配至第一并行模块转换器模块、第二并行模块转换器模块或者两者。在一些实施方式中，第一并行模块转换器模块可以提供第一 AC信号并且第二并行模块转换器模块可以提供第二 AC信号。
[0010]本公开的实施方式可以进一步包括一种用于提供功率的方法，该方法包括:在主逻辑控制器处接收来自外部飞机系统的第一负载的请求；利用主逻辑控制器将第一负载分配至第一并行模块转换器模块；利用控制切换网络将第一电动机控制算法提供至第一并行模块转换器模块；并且利用功率切换网络的第一开关将第一并行模块转换器模块连接至第一负载。
[0011]本公开的实施方式可以进一步包括一种用于提供功率的方法，该方法包括:在主逻辑控制器处接收来自外部飞机系统的第一负载的请求；在所述主逻辑控制器处接收来自第二外部飞机系统的第二负载的请求；利用功率切换网络将第一并行模块转换器模块和第二并行模块转换器模块并行放置；利用主逻辑控制器将第一负载分配至第一并行模块转换器模块和第二并行模块转换器模块；利用主逻辑控制器将第二负载分配至第三并行模块转换器模块；利用主逻辑控制器检测第二负载的增加和第一负载的减少；利用功率切换网络将第二并行模块转换器模块和第三并行模块转换器模块并行放置；并且利用主逻辑控制器将第二并行模块转换器模块重新分配至第二负载。
[0012]本公开的实施方式还可以包括一种系统，该系统包括:主逻辑控制器，接收来自交通工具控制器的第一负载请求和第二负载请求；控制切换网络，包括多个控制算法，与主逻辑控制器通信；多个逆变器，与控制切换网络通信以用于将一个或多个直流(DC)输入信号转换成一个或多个交流(AC)输出信号；以及功率切换网络，包括多个开关以便将多个逆变器连接至一个或多个电负载。在一些实施方式中，控制器可以响应第一负载请求激活功率切换网络中的一个或多个开关的第一组以便将一个或多个逆变器的第一组连接至第一负载，并且可以响应第二负载请求激活功率切换网络中的一个或多个开关的第二组以便将一个或多个逆变器的第二组连接至第二负载。
[0013]本公开的实施方式还可以包括一种提供功率的方法，该方法包括:在主逻辑控制器处自第一外部飞机系统接收供电第一负载的请求；利用主逻辑控制器确定提供至第一负载的功率；利用主逻辑控制器确定被激活以供电第一负载的第一多个并行模块转换器模块；利用控制切换网络确定第一多个并行模块转换器模块的第一控制算法的多个参数；指示功率切换网络将第一多个并行模块转换器模块与第一负载并行连接；并且激活第一控制算法以将第一负载提供至外部飞机系统。
[0014]已经论述的特征、功能和优势可以在本公开的各种实施方式中独立地实现，或者结合在另外的实施方式中，可以参考以下描述和附图了解本公开的更多细节。
【附图说明】
[0015]图1是描述根据本公开的一些实施方式的高电压DC输入应用中的并行模块化转换器中使用的并行模块化转换器模块(“模块”)的电气示意图。
[0016]图2是描述根据本公开的一些实施方式的AC输入应用中的并行模块化转换器中使用的模块的电气示意图。
[0017]图3A-图3C是描述根据本公开的实施方式的高电压DC电流状态(regime)下使用多个模块的并行模块转换器(“转换器”)的电气示意图。
[0018]图4是描述根据本公开的一些实施方式的输出配置的电气示意图。
[0019]图5是描述根据本公开的一些实施方式的高电压DC输入应用中的具有共用控制器的可替换模块的电气示意图。
[0020]图6A-图6C是描述根据本公开的一些实施方式的高电压DC输入应用中的可替换转换器的电气不意图。
[0021]图7是描述根据本公开的一些实施方式的功率切换网络的电气示意图。
[0022]图8是描述根据本公开的一些实施方式的功率切换网络的电气示意图。
[0023]图9A-图9C是描述根据本公开的一些实施方式的可替换转换器的电气示意图。
[0024]图10是描述根据本公开的一些实施方式的转换器的整个系统架构的电气示意图。
[0025]图11是描述根据本公开的一些实施方式的图10的控制切换网络和功率切换网络的详细电气示意图。
[0026]图12是描述根据本公开的一些实施方式的分配功率的方法的流程图。
[0027]图13是描述根据本公开的一些实施方式的将负载重新分配至多个模块的方法的流程图。
[0028]本公开内容中所示的每个附图示出呈现的实施方式的一个方面的变化，并且将仅详细讨论有差异的地方。
【具体实施方式】
[0029]本公开的实施方式总体涉及功率分配和功率转换系统，并且更具体地涉及用于在不需要针对每个电负载的单独控制器的情况下分配电负载的并行模块化转换器。转换器可以利用多个联网的并行模块化转换器模块，每个定额为具有预定的功率容量。与飞机系统和模块通信的主控制器可以接收来自各个功率负载(例如，电动机)的请求并且可以分配一个或多个模块以满足请求的需要。
[0030]以简化和清楚的说明，本公开在本文中描述为用于在飞机上分配功率的系统。然而，本领域技术人员简化认识到本公开不限于此。系统还可以用于，例如但不限于，汽车、其他类型的交通工具，以及功率分配网络中。本公开可用于通过减少需要的控制器的数量并且消除过多的控制器容量来改善控制器并且降低在许多情况下分配功率(power，电力)的成本和费用。
[0031]在下文中描述的构成本公开的各个元件的材料和部件旨在说明性的而不是限制性的。执行与本文中描述的材料和部件相同的或者相似的功能的许多合适的材料和部件旨在包括在本公开的范围内。本文中没有描述的这样的其它材料和部件可以包括，但不限于，本公开研发的时间之后研发的材料和部件。
[0032]如上所述的，传统的功率分配系统的问题通常是每个电负载设置有用于功率分配目的的单独控制器。令人遗憾地，这导致控制器容量过量，因为每个单独的控制器必须定额为必要的电气设备可以汲取的最大负荷。此外，在大多数情况下，控制器实际上被设计为提供一些安全裕度，即使(1)电负载本身(例如，电动机)可具有一些固有的安全裕度以及
(2)许多电负载通常以小于全功率来使用和/或仅间歇性地使用。
[0033]为此，本公开的实施方式涉及可以单独或并行使用以满足现有功率需求的模块化功率控制器的联网系统。因为飞机中的每个电负载(如果有过的话)很少同时打开，所以系统可以设计为具有更接近于与额定或平均功率消耗有关的容量(加上一些安全裕度)而不是“最坏的情况”。因此，可以减少需要的部件的数量、部件重量、尺寸和成本，可以改善系统效率，并且可以提供改善的系统冗余。如果发生电动机控制器故障，例如，系统可以重新配置以将负载分配给运行的电动机控制器，从而改善可靠性。此外，如果负载使得系统在全容量下操作，则依然可以供电所有负载，即使在一些情况下以降低的容量。
[0034]如图1所示，系统的组成块可以包括多个并行模块化转换器模块(“模块”)100，多个模块可以是联网在一起以形成以下论述的并行模块化转换器(“转换器”)。在一些实施方式中，如图1所示，每个模块100可以包括机载处理。在这个配置中，模块100可以包括至少三个处理器:电动机控制数字信号处理器(“DSP”) 105、保护处理器110和逻辑处理器115。可替换地，保护处理器110可以表示保护控制器，并且逻辑处理器115可以表示逻辑控制器。
[0035]因此，在一些实施方式中，DSP 105可以生成例如高频栅极驱动脉冲宽度调制信号(PWM) 120以激活栅极驱动器125。栅极驱动器125实质上用作电源模块100的切换侧，与继电器很像。换言之，模块100的输出