專利名稱：電流控制分流調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及電力整流領(lǐng)域，并特別涉及與永磁發(fā)電機(jī)(PMA) —起使用的場效應(yīng)晶 體管(FET)分流調(diào)節(jié)器(shunt regulator)。
背景技術(shù)：
產(chǎn)生多相交流電流(AC)電力的機(jī)器在本領(lǐng)域已熟知，存在有將AC電力轉(zhuǎn)化為直 流(DC)電力的方法，用于需要DC電源的應(yīng)用。當(dāng)從AC轉(zhuǎn)化到DC時，經(jīng)常產(chǎn)生高于DC負(fù) 載能夠處理的DC電壓。當(dāng)這種情況發(fā)生時，使用分流調(diào)節(jié)器(shunt regulator)來減少負(fù) 載承受(seen by the load)的電力。 分流調(diào)節(jié)器通過"分流"部分AC電流到中性線路來運行。在部分AC電流周期中， 這種短接電路處于整流器部分之外。 一種典型的分流調(diào)節(jié)器將在足夠高的頻率下在分流和 不分流之間交替，以便直流整流器的響應(yīng)時間使得DC輸出功率在期望水平下大致恒定。
—種現(xiàn)有技術(shù)中使用的標(biāo)準(zhǔn)分流調(diào)節(jié)器設(shè)計是FET分流器。FET分流器使用FET 來產(chǎn)生從連接至FET源節(jié)點的相位電壓線路到連接至FET漏節(jié)點的中性線路的短接電路。 當(dāng)FET通過控制信號開啟時，產(chǎn)生短接電路，由此以實際無阻礙的方式連接源節(jié)點和漏節(jié) 點。 當(dāng)諸如上面所述的FET分流器與PMA —起使用時，必然存在必須返回到PMA以形 成完整電路的返回電流。當(dāng)FET分流器開啟(亦稱為分流)，源極和漏極間的連接為來自中 性線路的返回電流提供穿過FET的無阻礙進(jìn)入。但是，當(dāng)FET分流器關(guān)閉時，源極和漏極間 不存在連接，電流必須通過不同路徑返回。在現(xiàn)有技術(shù)的典型設(shè)計中，電流將返回穿過FET 中的體漏(body-drain)連接。該連接是指體漏二極管(body-drain diode)。該體漏二極 管連接以類似的方式充當(dāng)二極管，并且典型地具有穿過其的大約1.4V的壓降。此壓降引起 FET內(nèi)的電力耗散，從而造成分流調(diào)節(jié)器的較低效率以及減少FET本身的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
公開的是一種用于多相永磁發(fā)電機(jī)(PMA)的分流調(diào)節(jié)器。該分流調(diào)節(jié)器具有能夠 將來自多相PMA的AC電源轉(zhuǎn)化為DC電源的整流器。該分流調(diào)節(jié)器還具有用于多相PMA的 各相位的場效應(yīng)晶體管(FET)分流器。 該分流調(diào)節(jié)器具有能夠控制FET分流器的控制器。當(dāng)接收到控制輸入時，F(xiàn)ET分 流器中的每一個可以將電源重新引向中性。另外，各FET分流器具有連接至其控制輸入的 邏輯"或"門，當(dāng)來自控制器的控制信號指示FET分流器應(yīng)被開啟時或者當(dāng)連接至FET分流 器的相位電壓為負(fù)時，該邏輯"或"門能夠開啟FET分流器。各邏輯"或"門接收來自控制 器和來自比較器的輸入。 本發(fā)明的這些及其它特征可以從下面的說明書和附圖被更好地理解，其下面簡要 描述。

圖1示出一個連接至三相交流電源和直流負(fù)載的示例分流調(diào)節(jié)器。 圖2示出用于單相分流調(diào)節(jié)器的示例控制電路，其中FET分流器使用一個FET。
具體實施方式
圖1示出一個示例FET分流調(diào)節(jié)器，其中FET分流器110被控制以防止返回電流通 過FET分流器并由此消除FET的體漏二極管模式中的電力。圖1的示例示出了一個具有相 位A、相位B和相位C的三相電源100(例如，永磁發(fā)電機(jī)，PMA)。 PMA 100的各相位連接至 FET分流器110的漏節(jié)點(drai皿ode) 112和直流整流器120，該直流整流器能夠整流交流 電并將直流電輸出到直流負(fù)載130。 FET分流器110各自具有FET控制輸入節(jié)點116。 FET 分流器110的源節(jié)點114連接至中性線路。 FET分流器控制輸入節(jié)點116連接至邏輯"或"門118的輸入端。邏輯"或"門118 接收兩種控制信號輸入，每當(dāng)控制信號輸入中的任一個指示FET分流器110應(yīng)被開啟時，邏 輯"或"門118輸出開啟FET分流器110的控制信號。邏輯"或"門接收來自P麗控制器122 的脈寬調(diào)制(P麗)控制信號輸入。P麗控制器122連接至在各相位的第一邏輯"或"門118 輸入126并將相同信號輸出到各FET分流器110。相同信號確保每當(dāng)P麗控制器122指示 FET分流器110應(yīng)被開啟時，各FET分流器110被同步激活。 另外連接至各邏輯"或"門118的是比較器124輸出。比較器124具有連接至交
流電源100的對應(yīng)相位的輸入，并基于相位電壓是否為正或負(fù)而改變其輸出。 圖1的脈寬調(diào)制控制器122另外具有反饋輸入128。反饋輸入128接收直流整流
器輸出電壓132的測量并允許P麗控制器122基于整流器120輸出電壓來確定是否需要使
用FET分流器llO。 圖2示出使用單個FET 200的、用于一個相位的示例FET分流器110。在圖1和 圖2的示例中，比較器124能夠檢查交流相位輸入并確定交流相位輸入電壓是否為正或負(fù)。 如果交流相位電壓為負(fù)，比較器124輸出指示FET分流器IIO應(yīng)被開啟的控制信號。這樣， 每當(dāng)交流相位電壓為負(fù)或存在開啟FET分流器110的P麗控制信號時，F(xiàn)ET分流器110將 在各相位被激活。 在圖2的示例中，根據(jù)FET 200的特定類型和設(shè)計，穿過FET 200的體漏二極管的 逆向電流引起一定量的電力耗散。隨著電流流過其中，多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)FET具有大約1.4V(舉例 來說)的體漏二極管壓降。源漏壓降(source-drainvoltage drop)(如果FET 200被開啟 將會產(chǎn)生)明顯低于1.4V并因此不會消除同樣多的電力。當(dāng)存在逆向電流時通過激活FET 200，系統(tǒng)通過FET 200上的源漏連接將電力返回到交流電源100，而非通過FET 200的體漏 二極管連接。這樣允許系統(tǒng)在效率上的顯著增加，并增加FET 200的使用壽命。
在正常運行下，類似圖1的設(shè)計使用三相PMA 100，其中P麗控制信號在輸入節(jié)點 116直接連接到FET分流器IIO，將進(jìn)行分流運行，以便將適當(dāng)?shù)闹绷鬏敵龉β时３衷诠?jié)點 132。舉例來說，如果直流負(fù)載僅能處理兩安培的直流電流，則直流整流器120會輸出三安 培的直流電流，如果直流整流器轉(zhuǎn)化所有來自PMA 100的交流電，則需要將一安培的電流 引向別處。P麗控制器122在足夠高的頻率下通過將FET分流器100開啟1/3時間以及關(guān) 閉2/3時間來解決該問題，以讓直流整流器輸出穩(wěn)定的2安培的直流電流。
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FET分流器的打開和關(guān)閉造成兩條電流流動路徑。當(dāng)FET分流器110被關(guān)閉(即， 在FET 200中不存有源漏電流流動)時，電流將從相位中的至少一個流到整流器120，并從 該整流器120流到相位的余下部分。從整流器120流至相位的電流隨后返回到PMA 100。 當(dāng)這種情況發(fā)生時，盡管FET分流器110被關(guān)閉，但電流必須流經(jīng)如體漏二極管運轉(zhuǎn)的FET 200的體漏區(qū)域。當(dāng)電流流經(jīng)在體漏二極管模式中運行的FET時，電流流動遇到壓降，由此 消除可以返回PMA的電力的一部分。 當(dāng)FET分流器IIO被P麗控制器122關(guān)閉時，電流仍將需要到PMA100的返回路徑， 但是，由于FET 200被開啟，電流可以流經(jīng)FET 200的源漏連接。FET 200的源漏連接允許 返回電流實際無阻礙地流到，以便當(dāng)FET分流器110開啟時引起效率上的顯著增加。
當(dāng)FET分流器llO被關(guān)閉時，為了實現(xiàn)相同的效率增力n，增加邏輯"或"門118。每 當(dāng)其接收到來自P麗控制器122的信號時，邏輯"或"門118開啟FET分流器100。另夕卜， 由于每當(dāng)輸入端126U34中的任一個或兩者同時具有指示FET分流器IIO應(yīng)被開啟的信號 時，邏輯"或"門將具有輸出，每當(dāng)比較器124輸出FET分流器控制信號時，F(xiàn)ET分流器110 將被開啟。 比較器124可以是任何的常規(guī)比較器(stock comparator)，其每當(dāng)相位電壓為負(fù) 時能夠輸出信號、并且每當(dāng)相位電壓為正時能夠不輸出信號。由于每當(dāng)相位電壓為負(fù)時相 位將在其上具有返回電流，每當(dāng)在對應(yīng)相位存在返回電流時比較器將開啟FET分流器。隨 后在沒有犧牲性能的前提下，當(dāng)沒有分流時，分流調(diào)節(jié)器可以為其返回電流實現(xiàn)其在分流 期間具有的效率。 應(yīng)當(dāng)知道，上面公開的系統(tǒng)可以被修改以與任何數(shù)量的相位運行，其仍落入本公 開的范圍。 雖然已經(jīng)公開了一個示例實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到某些修改將會 落入本公開的范圍。鑒于此，應(yīng)當(dāng)研究權(quán)利要求書來確定本發(fā)明的真實范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種電氣系統(tǒng)，包括多相永磁發(fā)電機(jī)(PMA)；整流器；控制器；與所述PMA的電相位數(shù)量相等的多個場效應(yīng)晶體管(FET)分流器；多個邏輯“或”門；多個比較器；其中，所述FET分流器中的每一個對應(yīng)所述PMA的相位，并以這種方式連接，以便當(dāng)所述FET分流器關(guān)閉時允許電力在所述PMA和所述整流器之間無阻礙地傳送，而當(dāng)所述FET分流器開啟時將電流從所述PMA重新引向中性線路(neutral)；其中，所述FET分流器中的每一個接收來自對應(yīng)邏輯“或”門的控制信號；其中，所述邏輯“或”門中的每一個包括控制信號輸入和比較器輸入；其中，每當(dāng)對應(yīng)的比較器或控制器指示FET分流器應(yīng)被開啟時，所述邏輯“或”門中的每一個能夠輸出開啟所述對應(yīng)FET分流器的控制信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的電氣系統(tǒng)，其中，各所述邏輯"或"門對應(yīng)所述PMA的相位，并且 其中，連接至所述邏輯"或"門的比較器對應(yīng)所述PMA的相同相位。
3. 如權(quán)利要求1所述的電氣系統(tǒng)，其中，所述比較器中的每一個能夠輸出指示對應(yīng)FET 分流器將被開啟的控制信號。
4. 如權(quán)利要求l所述的電氣系統(tǒng)，其中，所述多個FET分流器中的每一個包括至少一個FET。
5. 如權(quán)利要求1所述的電氣系統(tǒng)，其中，所述控制器能夠接收指示所述整流器的直流 電源輸出電壓反饋信號。
6. 如權(quán)利要求5所述的電氣系統(tǒng)，其中，所述控制器能夠通過所述整流器控制所述直 流電源輸出電壓。
7. 如權(quán)利要求1所述的電氣系統(tǒng)，其中，所述邏輯"或"門和所述比較器防止所述FET 分流器在體漏二極管模式下運行。
8. —種電流控制分流調(diào)節(jié)器，包括 整流器；控制器；與電氣系統(tǒng)的電相位數(shù)量相等的多個場效應(yīng)晶體管(FET)分流器； 多個邏輯"或"門； 多個比較器；其中，所述FET分流器中的每一個對應(yīng)電氣系統(tǒng)的相位，并以這種方式連接，以便當(dāng) 所述FET分流器關(guān)閉時允許電力在所述電氣系統(tǒng)的所述對應(yīng)相位和所述整流器之間無 阻礙地傳送，而當(dāng)所述FET開啟時將電流從所述電氣系統(tǒng)的所述對應(yīng)相位重新引向中性線 路；其中，所述FET分流器中的每一個接收來自對應(yīng)邏輯"或"門的控制信號； 其中，所述邏輯"或"門中的每一個包括控制信號輸入和比較器輸入；以及 其中，每當(dāng)對應(yīng)的比較器或控制器指示FET分流器應(yīng)被開啟時，所述邏輯"或"門中的每一個能夠輸出開啟所述對應(yīng)FET分流器的控制信號。
9. 如權(quán)利要求8所述的調(diào)節(jié)器，其中，所述邏輯"或"門中的每一個對應(yīng)所述電氣系統(tǒng) 的相位，并且其中，連接至所述邏輯"或"門的比較器對應(yīng)所述電氣系統(tǒng)的相同相位。
10. 如權(quán)利要求8所述的調(diào)節(jié)器，其中，所述比較器中的每一個能夠輸出指示對應(yīng)FET 分流器將被開啟的控制信號。
11. 如權(quán)利要求8所述的調(diào)節(jié)器，其中，所述電氣系統(tǒng)包括能夠產(chǎn)生多相交流電的永磁 發(fā)電機(jī)。
12. 如權(quán)利要求8所述的調(diào)節(jié)器，其中，所述多個FET分流器中的每一個包括至少一個FET。
13. 如權(quán)利要求8所述的調(diào)節(jié)器，其中，所述控制器能夠接收指示所述整流器的直流電 源輸出電壓反饋信號。
14. 如權(quán)利要求8所述的調(diào)節(jié)器，其中，所述控制器能夠通過所述整流器控制所述直流 電源輸出電壓。
15. 如權(quán)利要求8所述的調(diào)節(jié)器，其中，所述邏輯"或"門和所述比較器防止所述FET分 流器在體漏二極管模式下運行。
全文摘要
一種電流控制分流調(diào)節(jié)器，其使用邏輯“或”門和對應(yīng)各場效應(yīng)晶體管(FET)分流器的比較器，以便每當(dāng)控制器指示電力應(yīng)被重新引入時，或者每當(dāng)連接至FET分流器的相位電壓為負(fù)時，將電力重新引向中性線路。邏輯“或”門接收來自比較器和來自控制器的輸入，并輸出基于這些輸入的控制信號。
文檔編號H02M7/217GK101771357SQ20101000312
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月5日
發(fā)明者G·L·赫斯 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司