用于电压调节的双向转换器电压受控的电流源 |
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| 申请号 | CN201210111700.9 | 申请日 | 2012-04-16 | 公开(公告)号 | CN102739038B | 公开(公告)日 | 2017-07-11 |
| 申请人 | 波音公司; | 发明人 | R·M·马蒂内利; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种双向转换器 电压 受控的 电流 系统和方法。双向转换器根据可变占空比控制 信号 提供双向电流给电气总线。而且，双向电流感测 传感器 感测双向电流以提供与转换器电流成比例的传感器电压信号。进一步，可变占空比 控制器 基于误差信号控制可变占空比 控制信号 的占空比以控制电气总线的电压。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种双向转换器电压受控的电流系统(100、400)，其包括： |
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| 说明书全文 | 用于电压调节的双向转换器电压受控的电流源技术领域[0001] 本公开的实施例一般涉及电压转换器系统。更具体地，本公开的实施例涉及电压转换器系统的控制。 背景技术[0002] 电压转换器通常是功率转换器类电子电路，其将电流源从一个电压水平转换为另一个电压水平。电压转换器在从电源供应功率的各种应用中是重要的，电源例如但不限于卫星、航天器、汽车、如蜂窝电话和膝上型计算机的便携式电子装置或其他电源。这类应用通常包含多个子电路，每个子电路自身的电压水平都与电源供应的不同。电压水平可能高于或低于电源的电压。 [0003] 增压/升压转换器是输出电压大于输入电压的电压转换器。减压/降压转换器是输出电压低于输入电压的电压转换器。双向电压转换器可将处于第一电压的第一电气总线(如，耦连到电池的电气总线)的电流传递给在第二电压的第二电气总线(如负载)，反之，将在第二电压的第二电气总线的电流传递给在第一电压的第一电气总线。 [0004] 电子电路设计中使用的总线稳定化方法可包括具有基础单元的系统，每个基础单元分别以交错的设置点(set-point)被稳定化。当中央放大器在整个操作范围内变化时，这些交错的设置点可能发生模式转换。操作模式之间的差距可能导致总线瞬态(bus transient)，这些总线瞬态在受到连续负载瞬态影响时会在总线上产生例如大的低频纹波。当控制从中央放大器的一种模式转换到另一种模式时，总线阻抗可能很高。而且在某些情形中，总线上将持续存在有限振幅的振荡，直到电流源的容量增加或负载变化。由电容器和电感器构成的滤波器通常加入电压转换器的输入和/或输出，以减小由例如瞬态、振荡或其他原因引起的电压纹波。发明内容 [0005] 本发明公开了双向转换器电压受控的电流系统和方法。双向转换器根据可变占空比控制信号提供双向电流到电气总线。而且，双向电流传感器感测双向电流以提供与转换器电流成比例的传感器电压信号。而且，可变占空比控制器基于误差信号控制可变占空比控制信号的占空比以控制电气总线的电压。 [0006] 通过这种方式，本公开的实施例提供双向转换器电压受控的电流源用于稳定化双向转换器的控制回路。双向转换器电压受控的电流系统的传递函数被简化为基本等同于电压受控的电流源。当双向转换器用于功率流入并流出耦连到电气总线的各种源的控制系统(如航天器)中时，简化传递函数会彻底简化控制系统。 [0007] 该系统的优点包括，例如但不限于，相似模块的电流共享；从第一型调节器(如，太阳能板调节器系统)到第二型调节器系统(如，电池充电/放电控制系统)的轻松转变；简化的控制回路稳定化，因为所有转换器都向电气总线的电容(例如航天器负载)提供电压受控的电流；以及其他优点。双向转换器电压受控的电流源系统形成电力系统的高度通用的构建模块(building block)。 [0008] 在一个实施例中，双向转换器电压受控的电流系统包括双向转换器、双向电流传感器以及可变占空比控制器。双向转换器根据可变占空比控制信号提供双向电流给电气总线。双向电流传感器感测双向电流以提供与双向电流成比例的传感器电压信号。可变占空比控制器基于误差信号控制可变占空比控制信号的占空比以控制电气总线的电压。 [0009] 在另一实施例中，双向转换器电压受控的电流系统的电压受控方法使用可变占空比控制信号控制双向转换器。该方法进一步使用双向电流传感器感测双向转换器中的转换器电流以提供与转换器电流成比例的传感器电压信号。该控制方法进一步基于电压误差信号控制可变占空比控制信号的占空比。 [0010] 在又一实施例中，提供双向转换器电压受控的电流源的方法提供可操作用于根据可变占空比控制信号提供转换器电流给电气总线的双向转换器。该方法进一步提供可操作用于感测转换器电流以提供与转换器电流成比例的传感器电压信号的双向电流传感器。该方法进一步提供可变占空比控制器，其可操作用于基于误差信号控制可变占空比控制信号的占空比以控制电气总线的电压。 [0011] 本公开的各实施例通过控制可变占空比控制器的转换频率提供可变占空比控制信号以在基本极端的占空比条件下优化性能。 [0012] 本公开的各实施例通过控制提供可变占空比控制信号的纹波调节器可变占空比控制器的滞后减小占空比。 [0013] 本公开的各实施例提供双向转换器电压受控的电流源，其提供可操作用于根据可变占空比控制信号提供转换器电流到电气总线的双向转换器。 [0014] 本公开的各实施例提供双向电流传感器，其可操作用于感测转换器电流以提供与转换器电流成比例的传感器电压信号；并提供可变占空比控制器，其可操作用于基于误差信号控制可变占空比控制信号的占空比以控制电气总线的电压。 [0015] 本公开的各实施例提供误差放大器，其可操作用于基于传感器电压信号与电压控制信号的比较产生误差信号。本公开的各实施例提供与控制信号成比例的转换器电流。 [0016] 提供发明内容是为了以简化形式引入概念选择，其将在具体实施方式中进一步说明。此发明内容不是为了指出要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不是为了帮助确定本发明要求保护的主题的范围。附图说明 [0017] 可以通过结合附图参考具体实施方式和权利要求获得对本公开实施例的更全面的理解，附图中，相似的标记号指代相似的元件。提供附图是为了促进对本公开的理解，而不限制本公开的宽度、保护范围、尺度、或适用性。附图不必按比例。 [0018] 图1是根据本公开实施例的双向转换器电压受控的电流源系统的示例性功能框图的图示。 [0019] 图2是根据本公开实施例显示纹波调节过程的示例性流程图的图示。 [0020] 图3是根据本公开实施例显示电压控制过程的示例性流程图的图示。 [0021] 图4是根据本公开实施例的双向转换器电压受控的电流源系统的示例性功能框图的图示。 [0022] 图5是根据本公开实施例显示电压控制过程的示例性流程图的图示。 [0023] 图6是根据本公开实施例显示提供双向转换器电压受控的电流源过程的示例性流程图的图示。 具体实施方式[0024] 以下详细说明本质上是示例性的，而不是要限制本公开或本公开实施例的应用以及使用。具体装置、技术和应用的描述仅作为示例提供。这里描述的对示例的修改易于为本领域技术人员理解，且这里限定的一般原理可应用于其他示例和应用而不偏离本公开的精神和保护范围。本公开应与权利要求的保护范围一致，且不限于这里描述和示出的示例。 [0025] 本公开的实施例可以根据功能和/或逻辑块组件以及各处理步骤在这里描述。应该理解，这样的逻辑块组件可以通过任意数目的配置为执行指定功能的硬件、软件和/或固件实现。为了简洁起见，与电控制系统有关的传统技术和组件、模拟和数字电路设计以及系统的其他功能方面(和系统的各操作组件)这里可不详细说明。此外，本领域技术人员将理解，本公开的实施例可以结合各硬件和软件实施，并且这里描述的实施例仅仅是本公开示例性实施例。 [0026] 这里本公开的实施例是在实际非限制性应用背景下描述的，也就是，有人和无人操纵的航天器或卫星电气总线上的电压调节。然而，本公开的实施例不限于这类航天器或卫星应用，且这里描述的技术也可用于其他应用。例如但不限于，实施例可应用于有人和无人操纵的航天器、轮船、汽车、建筑物、火车、潜水艇、各种电压转换应用和电路的电气总线或其他电气总线。 [0027] 本领域技术人员在阅读本说明后将理解，以下是本公开的示例和实施例，而不限于根据这些示例操作。可以使用其他实施例并且可以做出结构变化而不偏离本公开的示例性实施例的保护范围。 [0028] 本公开的实施例提供双向转换器电压受控的电流源系统，用于稳定双向转换器的控制回路。双向转换器电压受控的电流源系统的传递函数被简化为基本等同于电压受控的电流源。当双向转换器用于一个控制系统(如，航天器)时，简化传递函数彻底简化控制系统，其中功率流入和流出耦连到电气总线的各个源。该系统的优点包括但不限于：相似模块的电流共享；从第一型调节器系统(如，太阳能板调节器系统)到第二型调节器系统(如，电池充电/放电控制系统)的轻松转变；简化的控制回路稳定化，因为所有转换器都提供到电气总线的电容(例如航天器负载)的电压受控的电流。双向转换器电压受控的电流源系统形成电力系统的高度通用的构建模块。 [0029] 图1是根据本公开一个实施例的双向转换器电压受控的电流源系统(系统100)的示例性功能框图。系统100通常包括处理器模块102、存储器模块104、纹波调节可变占空比控制器106(纹波调节控制器106)、双向电流传感器108、双向转换器112、第一电气总线114、第二电气总线116、电压源118(如电池)、负载120以及公共地线122(地线122)。系统100也可包括其他调节的电流源124，如调节的太阳能阵列。双向转换器112耦连到第一电气总线114和第二电气总线116，并配置为提供来自/去往第一电气总线114且去往/来自第二电气总线116的双向电流。例如但不限于，双向转换器112可配置为提供来自/去往耦连到包括电池的电压源118的第一电气总线114、去往/来自耦连到包括航天器的负载120或其他负载的第二电气总线116的双向电流130。 [0030] 双向电流传感器108耦连到双向转换器112，并可操作用于感测双向电流130。例如但不限于，整流器电流可通过经由变压器的双向转换器112的同步整流器测量，从而提供与双向电流130成比例的电流传感器电压132。 [0031] 纹波调节控制器106耦连到双向电流传感器108和双向转换器112。纹波调节控制器106控制双向转换器112的双向电流130与来自处理器模块102的信号处理器134的控制信号110成比例。当双向电流130与控制信号110成比例时，双向电流控制的电流源106的整个控制回路被简化为一阶系统。因而，双向转换器112被控制用作电压受控的电流源，且可在包括诸如被调节的电流源124的其他被调节的电流源的系统中操作。被调节的太阳能阵列124是被调节的电流源124的示例，并且同样地，被调节的太阳能阵列124和被调节的电流源 124在此文件中可互换使用。 [0032] 纹波调节控制器106产生可变占空比控制信号128(控制信号128)，如脉宽调制(PWM)的信号，其迫使(经双向转换器112的控制)从双向电流传感器108输出的电流传感器电压132等于控制信号110。纹波调节控制器106调节控制信号128的开和关(ON and OFF)电压阈值，使得双向电流传感器108的平均输出电压等于控制信号110，从而控制双向电流通过双向转换器112。 [0033] 例如但不限于，对于诸如双向转换器112的双向转换器，可以利用同步开关根据控制信号，诸如包括纹波调节控制器106设定的PWM占空比的控制信号110，控制从第一电气总线114输送到第二电气总线116的总线电流。 [0034] PWM占空比的转换频率可以作为第二电气总线116上电压的函数而变化(如，随负载120改变而变化)。纹波调节控制器106的反馈回路调节纹波调节控制器106的反馈回路滞后以减小PWM占空比的转换频率，使得双向转换器112可实现很高或很低的占空比控制(如，当第一电气总线114的电压接近第二电气总线116的电压时)。纹波调节控制器106的反馈回路滞后可限制到最大和最小值。 [0035] 纹波调节控制器106可采用可变频率稳定化，从而实现很高占空比或很低占空比操作。当第一电气总线114的电压近似等于第二电气总线116的电压时，要求很高的占空比。当第一电气总线114电压远远低于第二电气总线116电压时，要求很低的占空比。纹波调节控制器106还控制控制信号128的转换频率以允许双向转换器的操作，如双向转换器112在相当极端的占空比时的操作。通过这种方式，系统100的性能被优化。相当极端的占空比可包括，例如但不限于，接近0或1的占空比或其他占空比，其中0是0％占空比，1是100％占空比。纹波调节控制器106的反馈回路的误差信号可以被设定为从固定负值变为固定正值，由此限制可从第一电气总线114流到第二电气总线116的电流的范围。 [0036] 处理器模块102可经由例如通信线路126收集来自诸如调节电流源124的功率系统元件的数据并产生控制信号110。控制信号110可基于第一电气总线114的电压或第二电气总线116的电压与电压控制信号434(图4)的比较，被控制为与电压误差信号成比例。处理器模块102包括被配置为执行与系统100的操作关联的功能、技术和处理任务的处理逻辑。 [0037] 特别地，此处理逻辑被配置为支持这里所述的系统100。例如，处理器模块102可监视：第二电气总线116的电压、调节的太阳能阵列124的输出电流和/或电压源118的电池电压以控制电压源118的充电电流或诸如航天器总线电压的第二电气总线116的电压。对于另一个示例，处理器模块102可包括向纹波调节控制器106发送控制信号110的信号处理器134。 [0038] 处理器模块102可以使用通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件元件或其任意组合来实施或实现，其被设计成执行这里所述的功能。通过这种方式，处理器可实现为微处理器、控制器、微控制器、状态机、等等。处理器也可实施为诸如数字信号处理器和微处理器的组合的计算设备的组合、多个微处理器、结合数字信号处理器核的一个或更多微处理器或任何其他此种配置。 [0039] 存储器模块104可以是数据存储区，其中存储器被格式化成支持系统100的操作。存储器模块104被配置为以这里所述方式存储、保持和提供支持系统100的功能所需的数据。例如，存储器模块104可存储纹波调节控制器106的频率，其作为负载120的电压的函数而改变。存储器模块104也可存储电压、参考电压、PMW占空比、或其他数据。在各实践实施例中，存储器模块104可包括但不限于非易失性存储器件(非易失性半导体存储器、硬盘装置、光盘装置、等等)、随机存取存储装置(例如，SRAM、DRAM)或本领域已知的任何其他形式的存储介质。 [0040] 存储器模块104可耦连到处理器模块102并配置为存储例如但不限于：由处理器模块102执行的计算机程序、操作系统、应用程序、执行程序使用的实验数据或其他应用程序。此外，存储器模块104可表示动态更新的数据库，该数据库包含表格用于更新上面提到的数据。 [0041] 存储器模块104可耦连到处理器模块102，使得处理器模块102可从存储器模块104读取信息以及将信息写入其中。例如，处理器模块102可访问存储器模块104以监视纹波调节控制器106的控制信号的PWM占空比的转换频率。通过这种方式，处理器模块102可控制纹波调节控制器106的反馈回路。例如，处理器模块102和存储器模块104可驻存在各自的专用集成电路(ASIC)中。存储器模块104也可集成到处理器模块102中。在一个实施例中，存储器模块104可包括在处理器模块102要执行的指令执行过程中存储临时变量或其他中间信息的高速缓存。 [0042] 电压源118可包括但不限于燃料电池、电池、发电机、卫星电源、航天器电源、飞行器电源、船载发电机、火车电源、太阳能和引擎驱动的长工作期飞行器、航天器(有人和无人操纵的)电源、来自反应器的过热热耦连或其他能够提供或吸收电流的电压源。 [0044] 调节的电流源124可包括，例如但不限于，调节的太阳能阵列、反作用轮、30V负载或其他能够提供或吸收电流的电流源。 [0045] 图2是根据本公开的一个实施例显示纹波调节过程200的示例性流程图。结合过程200执行的各种任务可通过软件、硬件、固件或其任何组合机械地执行。应该理解，过程200可包括任意数目的额外或可替代任务，图2中所示任务不必以图示的顺序执行，并且过程 200可合并到具有这里没有详细说明的额外功能的更广泛的程序或过程中。 [0046] 为了说明的目的，过程200的以下说明可能涉及上面关于图1提到的元件。在实践实施例中，过程200的某些部分可通过系统100的不同元件执行，如处理器模块102、存储器模块104、纹波调节控制器106、双向电流传感器108、第一电气总线114、第二电气总线116、电压源118、负载120、公共地线122等等。过程200可具有类似于图1中所示实施例的功能、材料和结构。因此，这里不再赘述公共特征、功能和元件。 [0047] 过程200可以以根据控制信号提供来自双向转换器112去往诸如第一电气总线114或第二电气总线116的电气总线的双向电流开始(任务202)。控制信号可包括，例如但不限于，可变占空比控制信号、脉宽调制控制信号或其他控制信号。 [0048] 过程200接着可使用诸如双向电流传感器108的双向电流传感器感测双向电流(任务204)。 [0049] 过程200接着通过如纹波调节控制器106的纹波调节控制器控制如控制信号128的控制信号的占空比以迫使电流传感器电压，如从双向电流传感器108输出的电流传感器电压132，基本等于控制信号110的平均电压(任务206)。 [0050] 过程200接着通过纹波调节控制器106控制控制信号128的转换频率以允许双向转换器的操作，如双向转换器112在相当极端的占空比时的操作(任务208)。如上所述，相当极端的占空比可包括，例如但不限于，接近0或1的占空比或其他占空比，其中0是0％占空比，1是100％占空比。 [0051] 过程200接着将纹波调节控制器106的反馈回路滞后基本限制在最大值和最小值(任务210)。 [0052] 图3是根据本公开的一个实施例显示电压控制过程300的示例性流程图。结合过程300执行的各种任务可通过软件、硬件、固件或其任意组合机械式执行。应该理解过程300可包括任何数目的额外或可替代任务，图3中所示任务不必以图示顺序执行，并且过程300可合并到具有这里没有详细说明的额外功能的更广泛的程序或过程中。 [0053] 为了说明的目的，过程300的以下说明可能涉及上面关于图1提到的元件。在实践实施例中，过程300的某些部分可通过系统100的不同元件执行，如处理器模块102、存储器模块104、纹波调节控制器106、双向电流传感器108、第一电气总线114、第二电气总线116、电压源118、负载120、公共地线122等等。处理器300可具有类似于图1中所示实施例的功能、材料和结构。因此，这里不再赘述公共特征、功能和元件。 [0054] 过程300可以以提供诸如控制信号128的控制信号给诸如双向转换器112的双向转换器开始(任务302)。控制信号可包括但不限于可变占空比控制信号、脉宽调制控制信号或其他控制信号。 [0055] 过程300接着可感测双向电流，如双向转换器112中的双向电流130(任务304)。 [0056] 过程300接着生成控制信号128的脉宽调制以控制双向转换器112中开关的占空比(任务306)。 [0057] 过程300接着控制控制信号128的脉宽调制的频率，从而当第一电气总线114的电压接近第二电气总线116的电压时实现开关的很低占空比(任务308)。 [0058] 过程300接着控制纹波调节控制器106的占空比以迫使诸如电流传感器电压132的电流传感器电压等于控制信号128(任务310)。 [0059] 图4是根据本公开的一个实施例的双向转换器电压受控的电流源系统(系统400)的示例性功能框图。系统400通常包括处理器模块402、存储器模块404、可变占空比控制器406、双向电流传感器408、误差放大器410、双向转换器412、第一电气总线414、第二电气总线416、电压源418、负载420和公共地线422(地线422)。而且，系统400可进一步包括一个或更多电压受控的电流源424，其耦连到第二电气总线416并由处理器模块402控制。 [0060] 系统400可具有类似于系统100的功能、材料和结构。因此，这里不再赘述公共特征、功能和元件。系统400与图1中所示系统100的区别在于系统400中加入了可变占空比控制器406、误差放大器410、电压受控的电流源424，并且系统100的纹波调节控制器106和调节太阳能阵列124不必包括在系统400中。 [0061] 双向转换器412耦连到第一电气总线414和第二电气总线416，并且配置为提供来自/去往第一电气总线414且去往/来自第二电气总线416的双向电流426(转换器电流426)。例如但不限于，双向转换器412可配置为提供来自/去往耦连到包括电池的电压源418或其他电压源的第一电气总线414且去往/来自耦连到包括航天器的负载420或其他负载的第二电气总线416的双向电流426。另举一例但不限于，双向转换器412可操作用于将来自电压源 418的电流，诸如来自耦连到第一电气总线414的太阳能板的电流，接通至第二电气总线416或将其旁通到地线422。 [0062] 双向转换器412也可配置为用作降压型调节器用于一个方向上的电力流动(如，双向电流426)或升压调节器用于相反方向上的电力流动(如，双向电流426的反向电流)，这由来自可变占空比控制器406的可变占空比控制信号430的占空比控制。当占空比增加时，电压形成，这导致电流在一个流动方向上增加。当占空比减小时，电压形成，这迫使反方向上的电流流动。 [0063] 双向电流传感器408耦连到双向转换器412，并配置成感测双向电流以提供电流传感器输出。例如但不限于，整流器电流可通过经由变压器的双向转换器412的同步整流器来测量，从而提供感测的双向电流。双向电流传感器408可操作用于产生与双向转换器412中流动的电流成比例的电压。 [0064] 可变占空比控制器406耦连到双向电流传感器408和双向转换器412。可变占空比控制器406包括控制器，例如但不限于，比例积分(PI)控制器、比例积分微分(PID)控制器、反馈控制器或其他控制器。可变占空比控制器406产生可变占空比控制信号(可变占空比控制信号430)，例如但不限于，PWM信号、脉冲密度调制信号、脉冲频率调制信号或其他可变占空比信号。可变占空比控制器406可包括，例如但不限于，模拟电路、模拟电路的组合、数字电路和/或产生可变占空比控制信号430的软件。可变占空比控制器406产生可变占空比控制信号430来响应，例如但不限于，系统电平测量、系统命令、控制算法或其他系统状态。 [0065] 可变占空比控制器406产生与误差信号428(电压误差信号428)成比例的占空比。提高可变占空比控制信号430的占空比会增加从第一电气总线414到第二电气总线416的电流流动。降低可变占空比控制信号430的占空比会增加从第二电气总线416到第一电气总线 414的电流流动。 [0066] 可变占空比控制器406控制双向电流转换器412的双向电流与来自可变占空比控制器406的可变占空比控制信号430成比例。例如但不限于，对于诸如双向转换器412的双向转换器，从第一电气总线414输送到第二电气总线416的总线电流可以使用同步开关根据包括可变占空比控制器406设定的PWM占空比的可变占空比控制信号430进行控制。可以基于第二电气总线416的电压与电压控制信号434的比较，控制PWM占空比与误差信号428(电压误差信号428)成比例。输送到第二电气总线416的双向电流426与误差放大器410产生的误差信号428(电压误差信号428)成比例。 [0067] 可变占空比控制器406产生诸如脉宽调制信号的可变占空比控制信号430，其用于控制双向转换器412中电力开关的占空比。可变占空比控制器406的频率可以是固定的或可变的，这取决于使用的调制技术。可变占空比控制器406的重要功能是产生电压源中与电压控制信号434成比例的电流，并由此控制从电压源418去除的电流量或返回到电压源418的电流量，电压源如电压源418，电流诸如双向电流426。 [0068] PWM占空比的转换频率可以在负载420改变时作为第二电气总线416上的电压的函数而变化。可变占空比控制器406的反馈回路调节PWM控制的转换频率，从而当两个总线电压近似相等时实现很低的占空比，或当第一总线电压很低时实现很高的占空比。频率调整限制为频率控制带内的基本最大电压值和基本最小电压值。 [0069] 误差放大器410基于双向电流传感器408感测的传感器电压信号432与电压控制信号434的比较产生电压误差信号428。 [0070] 例如，在航天器总线调节器中，对于约-10V到约0V的区域内的误差电压，从(如太阳能阵列)电压受控的电流源424输送到航天器总线的电流从0增加到耦连到航天器总线的太阳能阵列的基本最大容量。在约0V到约+10V之间，从电池(作为电压源418)输送到航天器总线的电流从约0V增加到电源的电流限制，如耦连到双向转换器412的太阳能阵列。 [0071] 如果包括双向转换器412和电压受控的电流源424的两个并行调节器系统的增益可比，则易于设计单个放大器，其能够在负载电流从无负载变化到基本最大负载时针对任何太阳能阵列容量稳定化两个系统并提供平滑总线控制，只要有足够能量存储在电池中以在所需时间内提供功率。 [0072] 可设定反馈回路的误差信号从固定负值变为固定正值，由此限制可在第一电气总线414和第二电气总线416之间流动的最大电流。 [0073] 例如但不限于，系统400可控制输送到第二电气总线416的太阳能板电流，或者双向转换器412可以作为分路调节器起作用以控制第二电气总线416，同时以基本最大的可用电流给电压源418(电池)充电，或者双向转换器412用作自第一电气总线414到第二电气总线416的升压转换器，系统400的传递函数被简化为基本等于电压受控的电流源。 [0074] 处理器模块402包括处理逻辑，其配置为执行与系统400的操作关联的功能、技术和处理任务。具体地，处理逻辑配置为支持这里所述的系统400。例如，处理器模块402可监视可变占空比控制器406的可变占空比控制信号430的PWM占空比的转换频率，其以负载电压(如电池电压)的函数的形式变化。对于另一个示例，处理器模块402控制可变占空比控制器406。处理器模块402可以如以上讨论系统100的处理器模块102时所说明的那样实施或实现。 [0075] 存储器模块404可以是数据存储区域，其中存储器被格式化成支持系统400的操作。存储器模块404配置成以上述方式存储、保持和提供支持系统400功能所需的数据。例如，存储器模块404可存储可变占空比控制器406的频率，其作为负载420的电压的函数变化。 [0076] 在实践的实施例中，存储器模块404可以如上面在系统100的存储器模块104的背景讨论中说明的那样实施、实现或使用。存储器模块404可耦连到处理器模块402，从而处理器模块402可从存储器模块404读取信息或向其中写入信息。例如，处理器模块402可访问存储器模块404以监视可变占空比控制器406的频率。电压源418可包括，例如但不限于，燃料电池、电池、发电机、卫星电源、航天器电源、飞行器电源、船载发电机、火车电源、太阳能和引擎驱动的长工作期飞行器或航天器(有人和无人操纵的)电源、来自反应器的过热热耦连或能够提供或吸收电流的其他电压源。 [0077] 电压受控的电流源424可包括，例如但不限于，太阳能板、太阳能阵列系列、燃料电池、电池、发电机、卫星电源、航天器电源、飞行器电源、船载发电机、火车电源、太阳能和引擎驱动的长工作期飞行器或航天器(有人和无人操纵的)电源、来自反应器的过热热耦连或其他电压受控的电流源。 [0078] 负载420可包括，例如但不限于，航天器、电子设备、电动机、加热器、电力分配系统、器具、额外电气总线或其他负载。 [0079] 在示例性实施例中，第二总线416包括航天器总线，负载420包括航天器系统，电压源418包括与总线调节器组合的电池充电控制器，电压受控的电流源424包括太阳能板系统。当太阳能板系统用于为航天器总线供电时，双向转换器412可用于为电池充电。在该实施例中，处理器模块402包括航天器调节器控制系统，其可施加负电压作为电压控制信号434。 [0080] 这导致自诸如第一电气总线414的总线向诸如电池的电压源418流动的电流，该电流与可变占空比控制信号430成比例，从而为电池充电。如果包括耦连到第二总线416的太阳能板系统的电压受控的电流源424不能供应足够电力到第二总线416来供给航天器负载，则处理器模块402包括航天器调节器控制系统，其对电压控制信号434施加正电压，使得电流自双向转换器412流出以供应所需电流来调节第二总线416。 [0081] 在另一实施例中，双向转换器412用于将100V总线上约100V总线电力转换为30V总线上约30V总线电力。30V总线上的一个负载是反作用轮，其旋转时存储能量。如果需要减速反作用轮的旋转速度，则电能返回到30V总线。如果来自反作用轮的电流高于负载电流，则30V控制器减小施加到电压控制信号434的电压，使得电流从30V总线流到100V总线。 [0082] 从而，电压受控的电流源双向转换器(双向转换器412)能够用作降压调节器以将电力从100V总线供应给30V总线，或可用作升压调节器以从30V总线中去除能量并有效地将其输送到100V总线，这里此能量可以被通过100V总线运行的设备使用。 [0083] 图5是出根据本公开的一个实施例显示电压控制过程500的示例性流程图。结合过程500执行的各种任务可由软件、硬件或其任意组合机械地执行。应该理解过程500可包括任何数目的额外或可替代任务，图5所示的任务不必以所示顺序执行，并且过程500可以合并到具有这里没有详细描述的额外功能的更广泛程序或过程中。 [0084] 为了说明的目的，过程500的以下说明可能涉及上面关于图4提到的元件。在实践的实施例中，过程500的某些部分可通过系统400的不同元件执行，诸如：处理器模块402、存储器模块404、可变占空比控制器406、双向电流传感器408、双向转换器412、第一电气总线414、第二电气总线416、电压源418、负载420和公共地线422等等。过程500可具有类似于图4中所示实施例的功能、材料和结构。因此，这里不再赘述公共特征、功能和元件。 [0085] 过程500可以从使用可变占空比控制信号控制双向转换器开始(任务502)，可变占空比控制信号如可变占空比控制信号430，双向转换器如双向转换器412。 [0086] 过程500接着可通过使用双向电流感测电路感测转换器电流以提供与转换器电流426成比例的传感器电压信号(任务504)，转换器电流如双向转换器412中的转换器电流 426，双向电流感测电路如双向电流传感器408，传感器电压信号如传感器电压信号432。 [0087] 过程500接着基于传感器电压信号432和电压控制信号的比较产生电压误差信号(任务506)，电压控制信号如电压控制信号434，电压误差信号如电压误差信号428。 [0088] 过程500接着基于电压误差信号428控制可变占空比控制信号430的占空比(任务508)。 [0089] 过程500接着用可变占空比控制信号430控制双向转换器以减小电压误差信号428的电压误差(任务510)。 [0090] 过程500接着通过保持可变占空比控制信号430的占空比基本恒定最小化电压误差信号428的电压误差(任务512)。电压误差信号428的电压误差可以包括传感器电压信号432(电流传感器反馈信号)和电压控制信号434(处理器模块控制信号)之差。 [0091] 过程500接着控制可变占空比控制器406的转换频率，该可变占空比控制器406提供可变占空比控制信号430以在几乎极端的占空比条件下优化性能(任务514)。例如，几乎极端的占空比条件可包括接近0或1的占空比，其中0是0％占空比，1是100％占空比。 [0092] 过程500接着通过控制纹波调节器可变占空比控制器406的滞后减小占空比，纹波调节器可变占空比控制器406提供可变占空比控制信号430(任务516)。 [0093] 通过这种方式，使用双向转换器电压受控的电流源系统可稳定双向转换器的控制回路，允许：相似模块的电流共享；从第一类型的调节器系统(如太阳能板调节器系统)到第二类型的调节器系统(如电池充电/放电控制系统)的轻松转变；简化的控制回路稳定化，因为所有转换器提供电压受控的电流到电气总线的电容(如航天器负载)。因此，双向转换器电压受控的电流源系统100/400形成电力系统的高度通用的构建模块。使用系统100/400多个双向转换器可以被组合以调节去往/来自多个受控源的电力流。 [0094] 图6是根据本公开的一个实施例显示提供双向转换器电压受控的电流源的过程600的示例性流程图。关于过程600执行的各种任务可以通过软件、硬件、固件或其任意组合机械执行。应当理解过程600可包括任何数目的额外或可替代任务，图6中示出的任务不必以所示顺序执行，且过程600可包括具有这里没有详细描述的额外功能的更广泛的程序或过程。 [0095] 为了说明的目的，过程600的以下说明可能涉及上面关于图4提到的元件。在实践的实施例中，过程600的某些部分可通过系统400的不同元件执行，如处理器模块402、存储器模块404、可变占空比控制器406、双向电流传感器408、双向转换器412、第一电气总线414、第二电气总线416、电压源418、负载420和公共地线422等等。处理器600可具有类似于图4中所示实施例的功能、材料和结构。因此，这里不再赘述公共特征、功能和元件。 [0096] 过程600可以从提供诸如双向转换器412的双向转换器开始，此双向转换器可操作用于根据可变占空比控制信号向电气总线提供转换器电流，可变占空比控制信号如可变占空比控制信号430，转换器电流如转换器电流426，电气总线如第一电气总线414或第二电气总线416(任务602)。 [0097] 过程600接着提供诸如双向电流传感器408的双向电流感测电路，其可操作用于感测转换器电流426以提供与转换器电流426成比例的传感器电压信号(任务604)。 [0098] 过程600接着提供如误差放大器410的误差放大器，其可操作用于基于传感器电压信号和电压控制信号的比较产生误差信号，电压控制信号如电压控制信号434，误差信号如误差信号428(任务606)。 [0099] 过程600接着提供如可变占空比控制器406的可变占空比控制器，其可操作用于基于误差信号428控制可变占空比控制信号430的占空比以控制电气总线414/416上的电压(任务608)。 [0100] 过程600接着提供电气总线414/416(任务610)。通过这种方式，本公开的各实施例提供一种组合双向转换器来调节去往/来自多个受控源的电力流动的控制方法。 [0101] 在此说明书和以上公开的图1-6中，公开的电压控制方法用于双向转换器电压受控的电流系统。该方法包括用可变占空比控制信号128、430控制双向转换器112、412，以及用双向电流传感器108、408感测双向转换器412中的转换器电流426以提供与转换器电流426成比例的传感器电压信号423。在一种变体中，该方法可包括基于电压误差信号428控制可变占空比控制信号128、430的占空比。在另一变体中，该方法可包括控制提供可变占空比控制信号128、430的可变占空比控制器406的转换频率以在几乎极端的占空比条件下优化性能。在又一替换中，该方法可进一步包括通过控制提供可变占空比控制信号128、430的纹波调节器可变占空比控制器106的滞后减小占空比。 [0102] 在本公开的另一方面中，公开的方法提供双向转换器电压受控的电流源。该方法包括：提供双向转换器112、412，其可操作用于根据可变占空比控制信号128、430提供转换器电流426到电气总线；提供双向电流传感器，其可操作用于感测转换器电流426以提供与转换器电流426成比例的传感器电压信号；以及提供可变占空比控制器406，其可操作用于基于误差信号428控制可变占空比控制信号128、430的占空比以控制电气总线的电压。在一个变体中，该方法可提供误差放大器，其可操作用于基于传感器电压信号与电压控制信号434的比较产生误差信号。在一可替代变体中，转换器电流426与控制信号成比例。 [0103] 以上描述提及的元件或节点或特征部件“连接”或“耦连”到一起。如这里所使用的，除非明确地指出，否则“连接”意味着一个元件/节点/特征部件直接结合到另一个元件/节点/特征部件(或直接与其通信)，且不必是机械地结合。类似地，除非明确指出，否则“耦连”意味着一个元件/节点/特征部件直接或间接结合到另一个元件/节点/特征部件(或直接或间接地与其通信)，且不必是机械地耦连。因此，虽然图1和4描述元件的示例性布置，但额外居间的元件、器件、特征部件或组件可存在于此公开的实施例中。 [0104] 除非另外明确指出，本公开中使用的术语和短语及其变体应当解读为开放式的而非限制性的。作为上述的例子：术语“包括”应解读为意味着“包括但不限制”等，术语“示例”用于提供讨论项的示例性实例，而非其穷尽或限制性列表；形容词，如“惯例的”、“传统的”、“正常的”、“标准的”、“已知的”和类似意义的术语不能解读为限制所述项在给定时间段内或限制为给定时间内的可用项，而是应解读为包括惯例的、传统的、正常的或标准的技术，其在目前或在未来任何时间可用或已知。 [0105] 类似地，与连词“和/以及”关联的一组项目不能解读为要求这些项中每个和各个出现在分组中，而是应解读为“和/或”，除非另外明确说明。类似地，与连词“或”关联的一组项目不能解读为要求组内彼此排斥，而是应解读为“和/或”，除非另外明确说明。 [0106] 而且，虽然本公开的各项、元件或组件可以单数描述或要求保护，但是复数也考虑在范围内，除非明确限制为单数。加宽词语和短语，如某些实例中的“一个或更多”、“至少”、“但不限于”等的存在不能解读为在不存在这些加宽短语的实例中意指或要求较窄的情形。 [0107] 如这里所使用的，除非另外明确说明，“可操作用于”意指能够用于、适于或准备好待用或服务，可用于特定目的，并且能够执行这里列举的功能或期望的功能。关于系统和装置，术语“可操作用于”意指系统和/或装置是功能齐全且标准化的，包括激活时执行所列举功能的元件，并在激活时满足执行所列举功能的合适的可操作性要求。关于系统和电路，术语“可操作用于”意指系统和/或电路是功能齐全且标准化的，包括激活时执行所列举功能的逻辑，并在激活时满足执行所列举功能的合适的可操作性要求。 |
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