发明背景
电路能够配置具有用于控制电气操作（例如，启用或禁用电气负载）的开关。例如，开关能够为可控制的，以便在第一操作模式与第二操作模式之间切换，在第一操作模式中，开关是“闭合的”，意图将电流从开关输入传输至开关输出，且在第二操作模式中，开关是“打开的”，意图防止在开关输入与开关输出之间传输电流。
在一些开关中，由于开关的电特性或物理限制，当开关是打开的时，电流能够在开关输入与开关输出之间泄漏。在一些环境中，能够期望针对泄漏电流而作计划且对泄漏电流进行控制，这能够包括用于传输泄漏电流的特定的泄漏电流路径。
技术实现要素：
在一个实施例中，针对开关泄漏电流的无源泄漏管理电路包括：开关，具有与交流（ac）源电耦合的开关输入和与电气负载电耦合的开关输出，并且，可在第一操作模式中和在第二操作模式中操作，在第一操作模式中，开关输出供应提供给开关输入且具有第一ac电压的ac输出电流，且在第二操作模式中，开关输出供应来自开关输入且具有比第一ac电压低的第二ac电压的ac泄漏电流；整流模块，与开关输出电耦合，且配置成，在第一操作模式和第二操作模式期间，将ac输出电流整流成直流（dc）输出电流；第一电流路径，配置成接收dc输出电流，且包括第一晶体管，其中，第一晶体管基于开关输出而沿着第一电流路径传导电流；以及泄漏电流路径，配置成接收dc输出电流，且包括第二晶体管，其中，第二晶体管基于第一晶体管传导电流而沿着泄漏电流路径传导电流。第一电流路径或泄漏电流路径中的至少一个独立于开关的操作模式而基于开关输出而自动地传导电流。
在另一实施例中，功率管理电路包括：开关，具有接收ac功率的输入、ac输出以及切换组件，切换组件选择性地在打开的切换状态与闭合的切换状态之间将输入与ac输出耦合；整流器，配置成将ac开关输出整流成dc输出；以及电压控制式电流吸收器（sink），配置成接收dc输出，并且，定义用于当切换状态是闭合的时耗散第一量的功率的第一电流路径和用于当切换状态是打开的时耗散第二量的功率的泄漏电流路径。不管切换状态，电压控制式电流吸收器沿着第一电流路径或泄漏电流路径中的至少一个自动地传导dc输出。
在又一实施例中，泄漏管理电路包括：整流器，配置成将ac输入整流成dc输出；和电压控制式电流吸收器，配置成接收dc输出，并且，定义用于当ac输入满足第一分布（profile）时耗散第一量的功率的第一电流路径和用于当ac输入满足第二分布时耗散第二量的功率的泄漏电流路径。不管ac输入，电压控制式电流吸收器沿着第一电流路径或泄漏电流路径中的至少一个自动地传导dc输出。
附图说明
在附图中：
图1是飞机和飞机的配电系统的自顶向下的示意图。
图2是具有泄漏电流路径的电路的现有技术的简图。
图3是无源泄漏管理电路的简图。
图4是图3的无源泄漏管理电路的详细简图。
具体实施方式
如本文中所使用的，开关是电气装置，其能够为可控制的，以便在第一操作模式与第二操作模式之间切换，在第一操作模式中，开关是“闭合的”，意图将电流从开关输入传输至开关输出，且在第二操作模式中，开关是“打开的”，意图防止电流在开关输入与开关输出之间传输。能够在具有开关的任何电路环境中实现本发明，其中，当开关处于打开状态中时，存在泄漏电流。能够包括本发明的实施例的电路环境的非限制性的示例能够包括飞机功率系统体系结构，其实现从涡轮引擎（优选地，燃气涡轮引擎）的至少一个轴（spool）产生电功率，并且，经由至少一个固态开关（例如，固态功率控制器（sspc）切换装置）而将电功率输送至一组电气负载。
另外，虽然能够在本文中使用诸如“电压”、“电流”和“功率”的术语，但将对本领域技术人员显而易见的是，当描述电路的方面或电路操作时，这些术语能够为可互换的。
如图1中所图示的，飞机1示出为具有至少一个燃气涡轮引擎，其示出为左引擎系统2和右引擎系统3。备选地，功率系统能够具有较少的引擎系统或附加的引擎系统。左引擎系统2和右引擎系统3能够大体上完全相同，并且，还能够包括至少一个功率源，例如，电机或发电机5。飞机示出为还具有一组功耗组件或电气负载6，例如比如，致动器负载、飞行临界负载和非飞行临界负载。电气负载6经由配电系统而与发电机5中的至少一个电耦合，配电系统包括例如输电线路8或母线和配电节点4。将理解到，图1的本发明的所图示的实施例仅仅是配电系统的一个非限制性的示例，并且，由本公开预期除了示出的实施例和配置之外的许多其他可能的实施例和配置。此外，图1中所描绘的各种组件的数量和放置也是与本公开相关联的实施例的非限制性的示例。
在飞机1中，正操作的左引擎系统2和右引擎系统3提供机械能（其能够通常经由轴而提取）以便为发电机5提供驱动力。发电机5转而生成诸如ac或dc功率的功率，并且，将所生成的功率提供给传输线路8，传输线路8将功率输送至遍及飞机1而定位的配电节点4。配电节点4经由传输线路8而接收ac或dc功率，并且，能够根据需要提供切换、功率转换或分配管理功能，以便给电气负载6提供预期的电功率，以用于负载操作。
示例的配电管理功能能够包括但不限于选择性地启用、禁用或者接通或切断功率向特定的电气负载6的输送，这取决于例如可用配电供应、电气负载6的功能性的临界状态或飞机操作模式（例如，起飞、巡航或地面操作）。能够包括附加的管理功能。此外，能够包括用于给诸如应急功率源、冲压空气涡轮系统、起动器/发电机或电池的电气负载6提供功率的附加的功率源，并且，该附加功率源能够代替功率源。将理解到，虽然在飞机环境中示出本发明的一个实施例，但本发明不被如此限制，并且对于非飞机应用（例如，其他移动应用及非移动工业、商业和住宅应用）中的电功率系统具有一般应用。
图2图示如例如在图1中示出的用于配电系统的现有技术的泄漏管理电路10。泄漏管理电路10包括电压源12（例如，交流（ac）电压源），电压源12与切换组件14（在下文中，被称为“开关”）串联，切换组件14具有开关输入16和开关输出18，开关输入16与电压源12耦合，并且，开关输出18进一步与电压输出22耦合，且与泄漏电阻器20耦合。泄漏电阻器20能够与电压输出22并联配置，电压输出22能够例如与一个或更多个电气负载（示出为单个负载24）电耦合。在此示例中，开关14对电路10或负载24的“开”和“关”操作进行控制，但当开关14是打开的时，将供应泄漏电流。在此意义上，开关14能够通过选择性地启用、禁用或者接通或切断功率从电压源12至电气负载24的输送来作为配电节点而进行操作。
电路10被配置，使得当开关14是闭合的时，电流从电压源12通过开关14而传导至电气负载24。虽然开关14是闭合的，但一部分的电流也能够跨泄漏电阻器20行进，然而，选择泄漏电阻器20，使得电路10中的大部分的功率供应至电气负载24。电路10同样地被配置，使得当开关14是打开的时（如所示），仍然从开关输出18传递的大部分的任何泄漏电流26，且因而大部分的泄漏功率将跨电阻器20而耗散。在此意义上，即使电路10是“关闭的”，也能够仍然存在少量的泄漏电流26，并且，必须在电路10中计及（accountfor）少量的泄漏电流26。
该配置的不期望的效果是，不管存在泄漏电流26，当开关14是闭合的时（即，在不存在用来计及的泄漏电流26的情况下），电阻器20传导电流，且因而不期望地耗散某个量（anamountof）的功率。在当开关14是闭合的时传导大量的电流的电路10中，电阻器20因此能够耗散大量功率。为了计及这种以其他方式浪费的功率耗散，已知备选的现有技术的实施例包括第二开关，第二开关为可控制的，以启用或禁用泄漏电流26的路径，以便分别与是打开的或闭合的的开关14一致。然而，这些现有技术的实施例要求开关14的状态（即，开关是否是打开的或闭合的）的“意识”或“知识”。在此意义上，基于开关14的状态而主动地控制这样的实施例。
图3图示根据本发明的实施例的无源泄漏管理电路40。泄漏管理电路40包括与固态开关44串联（示出为sspc）的电压源（例如，在400赫兹下为115或240伏的ac电压源42）和具有整流模块输出49的整流模块45。整流模块45能够与电压输出并联配置，例如，电压输出能够与示出为单个负载24的一个或更多个电气负载电耦合。泄漏管理电路40还包括与整流模块输出49电耦合的非线性电压控制式电流吸收器（vccs）46。
整流模块45配置成将由ac电压源42输送的ac功率经由固态开关44而整流成整流模块输出49处的dc功率。整流模块45能够含有诸如二极管的整流组件51的布置，其配置成将ac功率整流成dc功率。在所图示的示例中，能够通过整流模块45的全桥配置而对由ac电压源42供应的单相的ac功率进行整流，以供应dc功率输出。然后，将dc功率供应至vccs46，其中，例如，能够通过vccs46而耗散某个量的功率。虽然图示全桥整流模块45的配置，但能够包括半桥整流模块45或备选的整流组件51。
固态开关44的一个非限制性的示例能够包括基于碳化硅（sic）或氮化镓（gan）的高功率开关。能够基于它们固态材料构造、它们用来以较小且较轻的形状因子处理高电压和大功率水平的能力以及它们用来非常迅速地执行电气操作的高速切换能力而选择sic或gan。能够包括附加的切换装置和附加的基于硅的功率开关。
现在，转到图4，显示且描述无源泄漏管理电路40的附加的细节。固态开关44还能够包括切换组件48，切换组件48经由固态开关输入50而与ac电压源42电耦合，并且，经由固态开关输出52而与vccs46电耦合。切换组件48可在第一操作模式中和在第二操作模式中操作，在第一操作模式中，切换组件48是闭合的，并且，固态开关输出52将由电压源42提供的输出电流供应至固态开关输入50（“闭合状态”），且在第二操作模式中，切换组件48是打开的，固态开关输出52仍然供应来自固态开关输入50的泄漏电流（“打开状态”）。固态开关44还能够包括控制器54，控制器54配置成将控制信号56提供给切换组件48，以便使开关在打开状态和闭合状态中操作。
闭合状态中的切换组件48配置成将预定电压从诸如115vac的电压源42供应至电气负载24。由于并联的电气配置，来自电压源42的预定电压进一步供应至整流模块45，整流模块45配置成经由一个或更多个整流组件51而将固态开关输出52整流成dc电压整流模块输出49。整流模块输出49供应至vccs46。虽然闭合状态中的切换组件48配置成供应来自电压源42的预定电压，但打开状态中的切换组件48将供应泄漏电流，该泄漏电流具有比预定电压低或小的泄漏电压。泄漏电压类似地供应至整流模块45，通过一个或更多个整流组件51而整流，且供应至vccs46。泄漏电压的一个非限制性的示例能够包括25vac，25vac通过整流模块45而整流成25vdc。
vccs46还能够包括彼此并联配置的电压控制电路部分58和电流吸收器电路部分60。电压控制电路部分58能够包括例如示出为2兆欧电阻器的第一电阻器62、示出为39千欧电阻器的第二电阻器64以及诸如金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）的第一晶体管66，第一晶体管66具有栅极端子68、源极端子70以及漏极端子72。第一电阻器62和第二电阻器64串联配置，位于（running）整流模块输出49与整流器返回（return）74之间，其中第一节点76位于电阻器62、64之间，且与第一晶体管66的栅极端子68电耦合。第一晶体管66的漏极端子72进一步与电压控制电路输出78电耦合，并且，第一晶体管66的源极端子70与公共接地74电耦合。
电压控制电路部分58能够任选地包括一个或更多个滤波组件75或储能组件，其图示为在电气方式上与第二电阻器64（即，第一节点76与公共接地74之间）并联配置的电容器和二极管。滤波组件75能够选择且配置成调节由整流模块输出49供应的一部分的dc电压、使其平滑或对其进行滤波。还能够基于ac输出电流或ac泄漏电流中的至少一个而选择滤波组件75。例如，ac电压的整流能够导致包括电压“纹波”的dc电压，即，基于整流模块45或整流组件51的不完全整流的电压输出变化。滤波组件75能够配置成调节一部分的dc电压纹波、使一部分的dc电压纹波平滑、减少、排除或滤掉一部分的dc电压纹波，以便提供用于具有较少变化的dc电压。对于泄漏管理电路40的配置、操作或可预测性，具有较小变化的dc电压能够为期望的。
vccs46的电流吸收器电路部分60包括示出为1兆欧电阻器的第三电阻器80、示出为完全相同的双二极管82的至少一个二极管、诸如具有基极端子86、集电极端子88和发射极端子90的双极晶体管的第二晶体管84以及能够包括例如680欧姆电阻器的电流设备或泄漏电阻器92。第三电阻器80与每个二极管82串联配置，位于整流模块输出49与整流器返回74之间，其中二极管82朝向整流器返回74是前向的。第二节点94位于第三电阻器80与二极管82之间，并且，与第二晶体管84的基极端子86和电压控制电路输出78两者都电耦合。第二晶体管84的集电极端子88进一步与整流模块输出49耦合，并且，第二晶体管84的发射极端子90进一步经由泄漏电阻器92而与整流器返回74耦合。虽然描述泄漏电阻器92，但泄漏电阻器92还能够包括例如一个或更多个分流电阻器、可变电阻器或齐纳二极管。此外，虽然描述680欧姆电阻器，但能够包括附加的泄漏电阻器92、二极管等，并且，如在下文中所解释的，例如，能够基于预期或预计的待耗散的泄漏功率或其配置而选择附加的泄漏电阻器92、二极管等。例如，在一个非限制性的示例配置中，所选择的泄漏电阻器92能够包括主动或传递（activeorpassing）冷却配置，且因而，能够耗散更大量的泄漏功率。
选择电压控制电路部分58的第一电阻器62和第二电阻器64，以便给第一节点76提供足以使第一晶体管66的栅极端子68在不同的固态开关输出52期间操作的电压和电流。另外地或备选地，能够选择第一晶体管66，以便以特定的配置操作，例如，选择具有特定的栅极阈值电压的第一晶体管66，以允许源极端子70和漏极端子72传导电流。本发明的实施例能够包括第一电阻器62、第二电阻器64或第一晶体管66的配置，使得当固态开关输出52或整流模块输出49提供具有指示切换组件48是闭合的预定电压的电流时，第一节点76将提供足以启用第一晶体管66或使第一晶体管66“导通”的电压，使得第一晶体管66将在源极端子70与漏极端子72之间传导电流，从而有效地将“低”电压信号（例如，零伏）提供给电压控制电路输出78。
另外，本发明的实施例能够包括第一电阻器62、第二电阻器64或第一晶体管66的配置，使得当固态开关输出52提供具有指示切换组件48是打开的泄漏电压的泄漏电流时，第一节点76将提供不足以使第一晶体管66导通（即，第一晶体管66“截止”）的电压，使得第一晶体管66将不在源极端子70与漏极端子72之间传导电流，从而有效地在电压控制电路输出78处提供“高”电压信号（例如，大约1.2v）。
vccs46的电流吸收器电路部分60进行操作，使得将第二晶体管84禁用或“截止”，使得第二晶体管84响应于基极端子86上的“低”电压信号而不在集电极端子88与发射极端子90之间传导电流，基极端子86与电压控制电路输出78电耦合。相反地，vccs46的电流吸收器电路部分60进行操作，使得将第二晶体管84启用或“导通”，使得第二晶体管84响应于基极端子86上的“高”电压信号而在集电极端子88与发射极端子90之间传导电流。能够与二极管82或第一晶体管66组合而选择第三电阻器80或第二晶体管84，以便基于第二晶体管84的阈值电压或第二节点处的预计电压而提供充分的开/关操作。
因而，泄漏管理电路40在两个截然不同的模式中操作。在第一闭合模式中，具有闭合的切换组件48，使得固态开关输出52供应输出电流，该输出电流提供给固态开关输入50，具有诸如115vac的预定电压，以便给电气负载24供电或使电气负载24操作。在该闭合模式期间，整流模块45进行操作，以便将ac固态开关输出52整流成dc整流模块输出49，并且，将输出49提供给vccs46。电压控制电路部分58、第一电阻器62、第二电阻器64或第一晶体管66的选择或配置使第一晶体管66导通，使得它经由电压控制电路输出78而给电流吸收器电路部分60的基极端子86提供“低”电压信号。vccs46的电流吸收器电路部分60响应于来自电压控制电路输出78的“低”电压信号而使第二晶体管84截止。该操作转而定义第一电流路径，该第一电流路径起源于固态开关输出52，且至少通过第三电阻器80、第二节点94且在第一晶体管66的源极端子70与漏极端子72之间经过（traverse）而到达整流器返回74。
泄漏管理电路40进一步在第二泄漏模式中操作，具有打开的切换组件48，使得ac固态开关输出52供应具有诸如25vac的最大泄漏ac电压的泄漏电流，其中，如在下文中所解释的，根据欧姆定律通过使通过泄漏电阻器92的泄漏电流与泄漏电阻器92的电阻相乘来确定泄漏电压。虽然作为非限制性的示例而给出25vac，但理解到，泄漏电阻器92的选择不是泄漏本身的参数，而是由被选择为影响受控制的泄漏电流量的电阻器92确定。
在该泄漏模式期间，整流模块45进行操作，以便将ac固态开关输出52整流成dc整流模块输出49，并且，将输出49提供给vccs46。电压控制电路部分58、第一电阻器62、第二电阻器64或第一晶体管66的选择或配置使第一晶体管66截止，使得它经由电压控制电路输出78而将“高”电压信号提供给电流吸收器电路部分60的第三端子94。vccs46的电流吸收器电路部分60响应于来自电压控制电路输出78的“高”电压信号而使第二晶体管84导通。该操作转而定义泄漏电流路径，该泄漏电流路径起源于固态开关输出52，通过整流模块45，且经过第二晶体管84的集电极端子88与发射极端子90之间，通过泄漏电阻器92而到达整流器返回74。在任何给定的时刻，本发明的实施例都能够启用第一电流路径或泄漏电流路径中的仅一个。
在此意义上，泄漏管理电路40基于固态开关输出52而沿着第一电流路径传导电流，并且，电路40基于第一晶体管66传导电流而沿着泄漏电流路径传导电流。因而，泄漏管理电路40为无源的或不受管理的，并且，将单独地、独立于切换组件48的状态或在未意识到切换组件48的状态的情况下，基于固态开关输出52而操作。
因此，当固态开关输出52给电气负载24供电时，能够选择第三电阻器80，以便沿着第一电流路径提供低功率耗散，并且，能够选择泄漏电阻器92，以便当固态开关输出52提供泄漏电流时沿着泄漏电流路径提供不同的低功率耗散。当切换组件48是打开的时，还能够选择泄漏电阻器92，以便针对给定的泄漏电流量而提供给定的泄漏电压。
由本公开预期除了上图中示出的实施例和配置之外的许多其他可能的实施例和配置。例如，虽然第一晶体管66示出为mosfet，且第二晶体管84示出为双极晶体管，但将对本领域技术人员显而易见的是，这些装置能够与备选的晶体管类型或配置是可互换的，以便响应于所选择的电路操作而提供受控制的操作。此外，虽然举例说明例如第一晶体管66或第二晶体管84生成“低”或“高”电压信号，且对应地进行“开”或“关”操作的示例，但将对本领域技术人员显而易见的是，备选的晶体管或电路配置能够使高/低或开/关操作反转，仍然提供用于大体上类似的泄漏管理电路40的操作。另外，本发明的实施例能够包括晶体管，其能够不一定在严格的“开”或“关”的操作模式中操作，而是能够根据一个或更多个非线性操作模式而操作。在这些实施例中，非线性操作模式能够在电路40上生成过渡的电特性直到它们进入稳态操作模式，能够将该稳态操作模式视为如上所述的“开”或“关”的操作模式。
在本发明的又一实施例中，泄漏电流能够由除了仅仅切换组件48之外的组件引起。例如，固态开关44中或固态开关44周围的输入或输出电压监测器能够促成总体泄漏电流。能够包括泄漏电流的附加源。在本发明的又一实施例中，能够通过提供第二或更多个冗余泄漏电流电路40而进一步改进泄漏电流耗散，以避免vccs46中的可能的组件失效。虽然在本文中描述一组各种组件，但将理解到，“一组（aset）”能够包括任何数量的分别描述的元件，包括仅一个元件。另外，能够重新布置各种组件的设计和放置，使得能够实现许多不同的串联（in-line）配置。
本文中所公开的实施例通过独立于开关状态，或在未意识到开关状态的情况下，启用泄漏电流路径，来提供针对泄漏开关的泄漏管理电路。能够在上述的实施例中实现的一个优点是，上述的实施例提供用于耗散泄漏功率的泄漏电流路径，从而降低危险电压或不受管理的电流将对电路有非预期后果的可能性，非预期后果包括造成短路、电压尖峰、诸如火灾或电击危险的热后果。此外，通过包括冗余泄漏管理电路，在组件失效的场景下，进一步降低非预期后果的可能性。降低非预期后果的可能性提高了电气系统的总体安全性。
能够在上述的实施例中实现的另一优点是，不同的电流路径的启用提供泄漏管理电路，该泄漏管理电路通过在开关是闭合的时提供用于低功率耗散的第一电流路径和在开关是打开的时提供用于低功率耗散的泄漏电流路径，来避免不必要的功率耗散。低功率耗散导致电路中的较少的浪费的功率。
能够在上述的实施例中实现的又一优点是，泄漏管理电路有效地进行操作，而不需要开关状态的意识或知识，以便维持泄漏管理功能性。这排除对为了泄漏管理而监测开关状态的需要，并且，能够进一步排除对任何附加的控制器、第二开关以及与基于状态的泄漏管理电路相关联的附加的功率或电路要求的需要。减少的组件导致总体泄漏管理电路的改进的可靠性。
就尚未描述来说，按照预期能够将各种实施例的不同的特征和结构彼此组合而使用。能够未在所有的实施例中图示那一个特征不意味着被解释为它不能如此，而是为了使描述简洁而这样做。因而，按照预期能够使不同的实施例的各种特征混合且匹配，以便无论是否明确地描述新的实施例，都形成新的实施例。由本公开涵盖本文中所描述的特征的所有的组合或置换。
本书面描述使用包含最佳模式的示例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包含制作和使用任何计算装置或系统，以及执行任何结合方法。本发明的可取得专利范围由权利要求书来限定，并且可包含本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元，或者如果它们包含具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元，则预计它们落入权利要求的范围之内。