本發(fā)明總體上涉及電力傳輸系統(tǒng)，并且具體來說涉及用于減少交流電(ac)電力開關(guān)系統(tǒng)中的電磁干擾(emi)的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

三相電力系統(tǒng)常常包括以y形(wye)配置連接的三相負載，所述系統(tǒng)如在飛機上實現(xiàn)的那些三相電力系統(tǒng)。一些飛機制造商不會允許這些三相ac電力負載的中性點進行接地。因此，負載常常包括y形電路的中性點，所述中性點是浮動而不是接地的。浮動中性點難以控制，從而在開關(guān)去往負載的ac電力期間導(dǎo)致產(chǎn)生emi的機會增加。為在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中解決這個問題，已利用重型電感器和大型電容器來減少emi的程度。這對系統(tǒng)增加不希望的重量和成本。合乎需要的是為三相系統(tǒng)中的不接地負載提供精確的零交叉(zero-crossing)電力開關(guān)，以便減少所產(chǎn)生的emi量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一種電力控制系統(tǒng)，其包括多相電源、不接地多相負載、多個電力開關(guān)電路和多個零交叉電路。多相電源包括多個相位電力輸出。多個電力開關(guān)電路各自連接以將電力從多個相位電力輸出端中的一個提供至不接地多相負載。多個零交叉電路被連接來將控制信號提供至多個電力開關(guān)電路。多個零交叉電路中的每一個連接在多個電力相位輸出端中的一個與不接地基準之間。

一種控制從多相電源至不接地多相負載的電力的方法，所述方法包括：從多相電源向多個電力開關(guān)電路提供電力；使用多個電力開關(guān)電路控制提供至不接地多相負載的電力，其中多個電力開關(guān)電路被配置來命令在電力的零交叉處的通電與斷電；以及通過多個零交叉電路將控制信號提供至多個電力開關(guān)電路，其中多個零交叉電路中的每一個連接在多個電力相位輸出端中的一個與不接地基準之間。

附圖說明

圖1a和1b是示出用于不接地y形電路的三相電力開關(guān)系統(tǒng)的框圖。

圖2是示出三相電力開關(guān)系統(tǒng)的零交叉檢測電路的電路圖。

圖3是示出三相電力開關(guān)系統(tǒng)的開關(guān)電路的電路圖。

具體實施方式

本文公開一種電力傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)傳輸多相交流電(ac)電力以用于不接地y形電路。所述系統(tǒng)包括三相ac電源，所述三相ac電源被配置來向三相不接地負載提供電力。來自電源的每一相位電力線包括電力開關(guān)電路，所述電力開關(guān)電路被配置來控制從電力相位到負載相位的電力。對于每一電力開關(guān)電路而言，相應(yīng)零交叉電路被實現(xiàn)來將控制信號提供至電力開關(guān)電路。

每一零交叉電路連接在相應(yīng)電力相位線與不接地基準之間。在一個實施方案中，不接地基準是電力相位線中的另一個。在另一實施方案中，不接地基準是負載基準電路的中性點。負載基準電路與三相負載電路并聯(lián)連接并包括具有等效電阻的三個電阻器。零交叉電路被配置來將第一控制信號提供至相應(yīng)電力開關(guān)電路以指示相應(yīng)電力線上的電壓處于正半周期中，并且提供第二控制信號以指示相應(yīng)電力線上的電壓處于負半周期中。相應(yīng)電力開關(guān)電路利用這些信號來允許電力流向相應(yīng)電力線上處于電壓的零交叉處的相應(yīng)負載信號，以便減少系統(tǒng)中的電磁干擾(emi)。

圖1a是示出三相電力開關(guān)系統(tǒng)10的框圖。系統(tǒng)10包括開關(guān)電路12a-12c、負載電路14、零交叉電路16a-16c、包括電力相位18a-18c的三相ac電源和接地面20。盡管在圖1a中示出為三相系統(tǒng)，但系統(tǒng)10可以是包括任何數(shù)量的ac相的多相系統(tǒng)。三相ac電力相位18a-18c可在電力相位線22a-22c上在400hz下產(chǎn)生例如115伏特的電力。例如，可在飛機上實現(xiàn)系統(tǒng)10。三相ac電源的中性點可連接至接地面20，所述接地面20可以是例如飛機的底盤。

例如，可將負載電路14實現(xiàn)為不接地y形電路。如圖1a所示，負載電路14包括以不接地y形配置連接的三相負載電阻器(rl)。例如，負載電阻器(rl)表示任何三相相位負載，如飛機空氣加熱器。一些飛機制造商不希望負載電路14連結(jié)至接地面20，并且負載電路14的中性點因此保持浮動。

當啟動/禁用去往負載的電力時，開關(guān)動作會產(chǎn)生不合需要的emi。如果針對每一相應(yīng)電力相位線22a-22c在來自ac電源18a-18c的電壓的零交叉處操作(即，打開或閉合)電力開關(guān)，那么可使這種emi最小化。在現(xiàn)有技術(shù)電力開關(guān)系統(tǒng)中，系統(tǒng)依賴于連結(jié)至接地面20的負載電路14的中性點，以便確保在相位18a-18c的零交叉處的開關(guān)。將每一電力相位線22a-22c的電壓與負載14的接地中性點比較以產(chǎn)生用于開關(guān)電路12a-12c的控制信號。然而，這種方法可在負載14不接地(例如，中性點不連結(jié)至飛機的底盤)的系統(tǒng)中產(chǎn)生不可預(yù)測的結(jié)果。

在圖1a中所示出的實施方案中，零交叉電路16a-16c各自連接在電力相位線22a-22c中的兩個之間。零交叉電路16a可連接在線22a與22b之間，零交叉電路16b可連接在線22b與22c之間，并且零交叉電路16c可連接在線22a與22c之間。零交叉電路16a被耦接來將控制信號提供至開關(guān)電路12a，零交叉電路16b被耦接來將控制信號提供至開關(guān)電路12b，并且零交叉電路16c被耦接來將控制信號提供至開關(guān)電路12c。開關(guān)電路12a-12c還可例如從內(nèi)部或外部微控制器(未示出)接收控制信號。

開關(guān)電路12a-12c被配置來對從電力線22a-22c到負載電路14的電力提供進行控制?？墒褂美珉娏饘傺趸锇雽?dǎo)體場效應(yīng)晶體管(mosfet)實現(xiàn)開關(guān)電路12a-12c。開關(guān)電路12a-12c可被配置來利用來自零交叉電路16a-16c的除控制信號之外的信號，以便在每一相位18a-18c的零交叉處控制去往負載14的電力。通過在電力相位18a-18c的零交叉處將去往負載14的通電和斷電，可使emi最小化。

零交叉電路16a-16c可被配置來將信號提供至開關(guān)電路12a-12c使得允許相應(yīng)開關(guān)電路12a-12c來在相應(yīng)電力相位18a-18c的零交叉處開關(guān)去往負載14的電力。例如，零交叉電路16a-16c可各自將信號提供至相應(yīng)開關(guān)電路12a-12c，所述信號指示例如相應(yīng)電力線22a-22c上的電壓的正半周期和負半周期。在圖1a中所示出的實施方案中，相位線22b比相位線22a滯后120°，并且相位線22c比相位線22b滯后120°。以這種方式，每一零交叉電路16a-16c比較在第二電壓前120°的第一電壓。因此，零交叉電路16a-16c各自能夠提供控制信號，所述控制信號指示相應(yīng)電力相位線22a-22c上的電壓的正半周期和負半周期。

圖1b是示出三相電力開關(guān)系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100包括開關(guān)電路12a-12c、負載電路14、零交叉電路16a-16c、包括電力相位18a-18c的三相ac電源、接地面20和虛擬接地電路102。盡管在圖1b中示出為三相系統(tǒng)，但系統(tǒng)100可以是包括任何數(shù)量的ac相的多相系統(tǒng)。三相ac電力相位18a-18c可在電力相位線22a-22c上在400hz下產(chǎn)生例如115伏特的電力。例如，可在飛機上實現(xiàn)系統(tǒng)100。三相ac電源18a-18c的中性點可連接至接地面20，所述接地面20可以是例如飛機的底盤?？梢耘c在圖1a中所示出的實施方案中具有相同參考數(shù)字的那些部件大致上相似的方式來操作各部件。

虛擬接地電路102包括三個電阻器(rf)和共同節(jié)點104。節(jié)點104提供用于零交叉電路16a-16c的浮動虛擬接地基準。電阻器rf可全部具有相同電阻以便有助于在節(jié)點104處的可靠基準。這個值可例如是20kω。每一電阻器rf的電阻可被選擇來確保產(chǎn)生足夠電流來操作零交叉電路16a-16c。例如，如果零交叉電路16a-16c利用光耦合器，那么電阻器rf可被設(shè)定大小來確保至少2-3ma的電流通過每一相應(yīng)零交叉電路16a-16c。如果使用20kω電阻器rf，那么大致5ma的電流可被提供至零交叉電路16a-16c。

通過使用虛擬接地電路102，零交叉電路16a-16c將操作來以與圖1a中所示出的實施方案類似的方式控制開關(guān)電路12a-12c，但無需知道相位線22a-22c的相序，從而允許系統(tǒng)100相位獨立。例如，當所有開關(guān)電路12a正在命令對負載14斷電時，無電流流入虛擬接地電路102中，并且因此節(jié)點104處的電壓大致為零。因此，當從控制器到開關(guān)電路12a-12c的控制信號例如指示了命令對負載14通電時，相位18a-18c中作為引導(dǎo)相位的那一個將使其相應(yīng)開關(guān)電路接通以首先允許電力流動。

在針對引導(dǎo)電力相位18a-18c允許電力流動之后，節(jié)點104的電壓將跟隨第一相位。因此，第二相位18a-18c將使其零交叉電路命令其相應(yīng)開關(guān)電路12a-12c允許去往負載14的電力流動。節(jié)點104的電壓接著將跟隨前兩個相位18a-18c的組合。第三相18a-18c接著將使其相應(yīng)零交叉電路16a-16c基于第三相應(yīng)相位18a-18c與節(jié)點104的電壓的比較而命令其相應(yīng)開關(guān)電路12a-12c接通。節(jié)點104的電壓跟隨前兩個相位電壓的組合，所述前兩個相位電壓將與第三相應(yīng)電力相位18a-18c不同相180°。以這種方式，相位18a-18c的順序與零交叉電路16a-16c的適當操作無關(guān)，從而可有益于不具有用于電力相位18a-18c的指定相序的系統(tǒng)。

圖2是示出零交叉電路16的實施方案的電路圖?？衫脠D2中所示出的零交叉電路16的實施方案來實施圖1a和1b所示出的實施方案的零交叉電路16a-16c。零交叉電路16包括電壓基準結(jié)點202和204、電阻器rzc和包括光電二極管pd1和pd2的光耦合器。rzc可被設(shè)定大小以汲取用于操作光電二極管pd1和pd2所需的電流。

基準結(jié)點202可連結(jié)至電力相位線22a-22c中的一個，而基準結(jié)點204可連結(jié)至不接地基準。在圖1a中所示出的實施方案中，不接地基準可以是電力相位線22a-22c中的另一個，而在圖1b中所示出的實施方案中，不接地基準可以是虛擬接地電路102的節(jié)點104。例如，在圖1a中所示出的實施方案中，節(jié)點204上的電壓可比節(jié)點202上的電壓滯后120°。

當基準結(jié)點204上的電壓相對于基準結(jié)點202上的電壓足夠大時，光電二極管pd1受正向偏壓，并且產(chǎn)生光學(xué)信號(pos)以供相應(yīng)電力開關(guān)電路12a-12c使用。當基準結(jié)點202上的電壓相對于基準結(jié)點204上的電壓足夠大時，光電二極管pd2受正向偏壓，并且產(chǎn)生光學(xué)信號(neg)以供相應(yīng)電力開關(guān)電路12a-12c使用。雖然示出為具有光電二極管pd1和pd2的光耦合器，但可使用能夠基于節(jié)點202與204上的電壓的比較來提供信號的任何其他電子裝置。

繼續(xù)參考圖1-2，圖3是示出三相電力開關(guān)系統(tǒng)的電力開關(guān)電路12的電路圖?？墒褂秒娏﹂_關(guān)電路12來實現(xiàn)圖1a和1b中所示出的實施方案的全部電力開關(guān)電路12a-12c。電力開關(guān)電路12包括基準結(jié)點302、304和306、電力開關(guān)fet1和fet2、二極管d1-d6、電阻器r1-r4、光電晶體管pt1-pt3和觸發(fā)器ff1和ff2。節(jié)點302可例如連接至電力供應(yīng)。節(jié)點304可連接至相應(yīng)負載rl，并且節(jié)點306可連接至相應(yīng)相位電力線22a-22c。

當允許電力去往相應(yīng)負載rl時，控制信號從例如控制器(未示出)提供至光電晶體管pt3。盡管示出為光電晶體管，但可使用能夠接收允許電流流動的信號的任何其他裝置來代替光電晶體管pt3。在接收信號之后，電流流過pt3和電阻器r2，從而產(chǎn)生等效于提供為ff1的輸入的邏輯“1”的電壓。在pt1將信號提供至ff1的時鐘輸入端時，來自pt3的輸入被存儲在ff1中。這發(fā)生在pt1從相應(yīng)零交叉電路16接收“pos”信號時。以這種方式，在從零交叉電路16接收pos信號之后，ff1提供輸出以開啟fet2。

由于零交叉電路16的配置，當在pt1處接收pos信號時，來自相應(yīng)相位電力線22a-22c的電壓(即，節(jié)點306處的電壓)處于正半周期中。在fet2關(guān)閉而fet1開啟的情況下，當節(jié)點306處的電壓為正時，電力不會從節(jié)點306流向節(jié)點304。因此，當節(jié)點306上的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樨?即，在零交叉處從正到負)時，電力將在相應(yīng)相位電力線22a-22c上的電力的負半周期中通過fet2和二極管d1從節(jié)點304流向節(jié)點306。

ff1的輸出還被提供至ff2。以這種方式，當從零交叉電路16接收指示節(jié)點306上的電壓處于負半周期中的neg信號時，ff2存儲來自ff1的邏輯“1”，從而開啟fet1。因為fet1現(xiàn)已開啟，所以電力將在下一正半周期中從節(jié)點306流向節(jié)點304?，F(xiàn)在fet1與fet2都被開啟，電力在兩半周期中從相應(yīng)電力線22a-22c正常地流向相應(yīng)負載rl。通過利用零交叉電路16和電力開關(guān)電路12，確保電力僅在相應(yīng)電力線22a-22c上的電力的零交叉處對不接地負載14接通，不考慮控制信號何時從外部控制器接收。這減少emi，所述emi在敏感電子環(huán)境(如飛機上的那些敏感電子環(huán)境)中是很至關(guān)重要的。

可能實施方案的討論

以下是本發(fā)明的可能實施方案的非排他性描述。

一種電力控制系統(tǒng)，其包括多相電源、不接地多相負載、多個電力開關(guān)電路和多個零交叉電路。多相電源包括多個相位電力輸出。多個電力開關(guān)電路各自連接來將電力從多個相位電力輸出端中的一個提供至不接地多相負載。多個零交叉電路被連接來將控制信號提供至多個電力開關(guān)電路。多個零交叉電路中的每一個連接在多個電力相位輸出端中的一個與不接地基準之間。

先前段落的電力控制系統(tǒng)可另外和/或替代地視需要包括以下特征、配置、操作和/或另外部件中的任何一個或多個：

前述電力控制系統(tǒng)的另一實施方案，其中多相電源是具有第一電力相位輸出端、第二電力相位輸出端和第三電力相位輸出端的三相電源，并且其中多相負載是具有第一負載相位、第二負載相位和第三負載相位的三相負載。

前述電力控制系統(tǒng)中的任何系統(tǒng)的另一實施方案，其中多個電力開關(guān)電路包括：第一電力開關(guān)電路，其連接在第一電力相位輸出端與第一負載相位之間；第二電力開關(guān)電路，其連接在第二電力相位輸出端與第二負載相位之間；以及第三電力開關(guān)電路，其連接在第三電力相位輸出端與第三負載相位之間。

前述電力控制系統(tǒng)中的任何系統(tǒng)的另一實施方案，其中多個零交叉電路包括：第一零交叉電路，其連接在第一電力相位輸出端與第二電力相位輸出端之間，并且被配置來將第一控制信號提供至第一電力開關(guān)電路；第二零交叉電路，其連接在第二電力相位輸出端與第三電力相位輸出端之間，并且被配置來將第二控制信號提供至第二電力開關(guān)電路；以及第三零交叉電路，其連接在第一電力相位輸出端與第三電力相位輸出端之間，并且被配置來將第三控制信號提供至第三電力開關(guān)電路。

前述電力控制系統(tǒng)中的任何系統(tǒng)的另一實施方案，其還包括虛擬負載基準電路，所述虛擬負載基準電路與不接地多相負載并聯(lián)連接，其中多個零交叉電路中的每一個連接在多個電力相位輸出端中的一個與虛擬負載基準電路之間。

前述電力控制系統(tǒng)中的任何系統(tǒng)的另一實施方案，其中多相電源是具有第一電力相位輸出端、第二電力相位輸出端和第三電力相位輸出端的三相電源，并且其中多相負載是具有第一負載相位、第二負載相位和第三負載相位的三相負載。

前述電力控制系統(tǒng)中的任何系統(tǒng)的另一實施方案，其中多個電力開關(guān)電路包括：第一電力開關(guān)電路，其連接在第一電力相位輸出端與第一負載相位之間；第二電力開關(guān)電路，其連接在第二電力相位輸出端與第二負載相位之間；以及第三電力開關(guān)電路，其連接在第三電力相位輸出端與第三負載相位之間。

前述電力控制系統(tǒng)中的任何系統(tǒng)的另一實施方案，其中虛擬負載基準電路包括不接地基準節(jié)點；第一電阻器，其連接在第一電力開關(guān)電路與不接地基準節(jié)點之間；第二電阻器，其連接在第二電力開關(guān)電路與不接地基準節(jié)點之間；第三電阻器，其連接在第三電力開關(guān)電路與不接地基準節(jié)點之間。

前述電力控制系統(tǒng)中的任何系統(tǒng)的另一實施方案，其中第一電阻器、第二電阻器和第三電阻器全部具有共同電阻值。

前述電力控制系統(tǒng)中的任何系統(tǒng)的另一實施方案，其中多個零交叉電路包括：第一零交叉電路，其連接在第一電力相位輸出端與不接地基準節(jié)點之間；第二零交叉電路，其連接在第二電力相位輸出端與不接地基準節(jié)點之間；以及第三零交叉電路，其連接在第三電力相位輸出端與不接地基準節(jié)點之間。

一種控制從多相電源至不接地多相負載的電力的方法，所述方法包括：從多相電源向多個電力開關(guān)電路提供電力；使用多個電力開關(guān)電路控制提供至不接地多相負載的電力，其中多個電力開關(guān)電路被配置來命令在電力的零交叉處的通電與斷電；以及通過多個零交叉電路將控制信號提供至多個電力開關(guān)電路，其中多個零交叉電路中的每一個連接在多個電力相位輸出端中的一個與不接地基準之間。

先前段落的電力方法可另外和/或替代地視需要包括以下特征、配置、操作和/或另外部件中的任何一個或多個：

前述方法的另一實施方案，其中多相電源是具有第一電力相位輸出端、第二電力相位輸出端和第三電力相位輸出端的三相電源，并且其中多相負載是具有第一負載相位、第二負載相位和第三負載相位的三相負載。

前述方法中的任何方法的另一實施方案，其中使用多個電力開關(guān)電路控制提供至不接地多相負載的電力包括：使用第一電力開關(guān)電路控制從第一電力相位輸出端至第一負載相位的電力；使用第二電力開關(guān)電路控制從第二電力相位輸出端至第二負載相位的電力；以及使用第三電力開關(guān)電路控制從第三電力相位輸出端至第三負載相位的電力。

前述方法中的任何方法的另一實施方案，其中通過多個零交叉電路將控制信號提供至多個電力開關(guān)電路包括：將第一零交叉電路連接在第一電力相位輸出端與第二電力相位輸出端之間；以及被配置來將第一控制信號提供至第一電力開關(guān)電路；將第一控制信號從第一零交叉電路提供至第一電力開關(guān)電路；將第二零交叉電路連接在第二電力相位輸出端與第三電力相位輸出端之間；將第二控制信號從第二零交叉電路提供至第二電力開關(guān)電路；將第三零交叉電路連接在第一電力相位輸出端與第三電力相位輸出端之間；以及將第三控制信號從第三零交叉電路提供至第三電力開關(guān)電路。

前述方法中的任何方法的另一實施方案，其還包括通過與不接地多相負載并聯(lián)連接的虛擬負載基準電路將不接地基準提供用于多個零交叉電路。

前述方法中的任何方法的另一實施方案，其中多相電源是具有第一電力相位輸出端、第二電力相位輸出端和第三電力相位輸出端的三相電源，并且其中多相負載是具有第一負載相位、第二負載相位和第三負載相位的三相負載。

前述方法中的任何方法的另一實施方案，其中使用多個電力開關(guān)電路控制提供至不接地多相負載的電力包括：使用第一電力開關(guān)電路控制從第一電力相位輸出端至第一負載相位的電力；使用第二電力開關(guān)電路控制從第二電力相位輸出端至第二負載相位的電力；以及使用第三電力開關(guān)電路控制從第三電力相位輸出端至第三負載相位的電力。

前述方法中的任何方法的另一實施方案，其中通過與不接地多相負載并聯(lián)連接的虛擬負載基準電路提供不接地基準包括：將第一電阻器連接在第一電力開關(guān)電路與不接地基準節(jié)點之間；將第二電阻器連接在第二電力開關(guān)電路與不接地基準節(jié)點之間；以及將第三電阻器連接在第三電力開關(guān)電路與不接地基準節(jié)點之間。

前述方法中的任何方法的另一實施方案，其中第一電阻器、第二電阻器和第三電阻器全部具有共同電阻值。

前述方法中的任何方法的另一實施方案，其中通過多個零交叉電路將控制信號提供至多個電力開關(guān)電路包括：將第一零交叉電路連接在第一電力相位輸出端與不接地基準節(jié)點之間；將第二零交叉電路連接在第二電力相位輸出端與不接地基準節(jié)點之間；以及將第三零交叉電路連接在第三電力相位輸出端與不接地基準節(jié)點之間。

雖然已經(jīng)基準示例性實施方案描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可做出各種改變并可使用等效物來取代示例性實施方案的要素。此外，在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下，可以做出許多修改來使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明不意圖限于所公開的特定實施方案，而本發(fā)明將包括落在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實施方案。