专利汇可以提供从多个电源聚集电能的方法和装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于从多个电源聚集 电能 的方法和装置,产生单直流稳定 电压 。该装置(10)包括多个从属电压转换器(20)和主脉宽 调制器 电路 (22)。提供多个直流电源,通过连接至所述多个直流电源的多条传输线汲取 电流 。每个直流电源的开路电压未知。所述多条传输线的每条传输线具有线路 电阻 。所述多条传输线中的至少一些传输线的线路电阻很大。从汲取的电流产生该单直流稳定电压。,下面是从多个电源聚集电能的方法和装置专利的具体信息内容。
1、一种用于从多个电源聚集电能的电能聚集方法,包括如下步骤:
通过多条传输线中的每条传输线汲取电流,所述每条传输线连接至多个 直流电源之一,其中所述多条传输线中的至少一些传输线具有大的线路电 阻;以及
从通过所述多条传输线汲取的电流产生单直流稳定电压。
2、如权利要求1所述的电能聚集方法,其中所述多条传输线中的每条 传输线具有由连接至该传输线的直流电源提供的最大开路电压,并且还包括 如下步骤:
限制通过所述多条传输线中的每条传输线汲取的电流,以使跨接在该传 输线两端的闭路电压为该传输线的最大开路电压的至少一半。
3、如权利要求2所述的电能聚集方法,其中限制汲取的电流的步骤还 包括:限制通过所述多条传输线中的每条传输线汲取的电流,以使从所述多 个直流电源中的每个直流电源汲取的电能最大为15瓦。
4、如权利要求2所述的电能聚集方法,其中限制汲取的电流的步骤还 包括:限制通过所述多条传输线中的每条传输线汲取的电流,以使从所述多 个直流电源中的每个直流电源汲取的电能最大为12.5瓦。
5、如权利要求1所述的电能聚集方法,其中该单直流稳定电压为12伏。
6、如权利要求1所述的电能聚集方法,其中该大的线路电阻小于约10 千欧。
7、如权利要求1所述的电能聚集方法,其中所述多条传输线包括xDSL 传输线。
8、如权利要求7所述的电能聚集方法,其中所述xDSL传输线是从 HDSL2传输线和HDSL4传输线中选择的。
9、如权利要求1所述的电能聚集方法,其中还包括如下步骤:切换在 传输线上汲取的电流。
10、如权利要求9所述的电能聚集方法,其中切换的步骤还包括:
形成具有脉宽和占空周期的主脉宽调制信号;以及
利用用于该传输线的主脉宽调制信号切换汲取的电流。
11、如权利要求10所述的电能聚集方法,其中该传输线具有由连接至 该传输线的直流电源提供的最大开路电压,并且还包括如下步骤:
限制该主脉宽调制信号的脉宽,以使跨接在传输线两端的闭路电压为该 最大开路电压的至少一半。
12、如权利要求10所述的电能聚集方法,其中该传输线具有由连接至 该传输线的直流电源提供的最大开路电压,并且还包括如下步骤:
限制该主脉宽调制信号的脉宽,以使从该直流电源汲取的电能最大为15 瓦。
13、如权利要求10所述的电能聚集方法,其中还包括如下步骤:
限制该脉宽,以使从该直流电源汲取的电能最大为12.5瓦。
14、如权利要求10所述的电能聚集方法,其中形成主脉宽调制信号的 步骤还包括如下步骤:
依据该单直流稳定电压改变该占空周期。
15、如权利要求10所述的电能聚集方法,其中还包括如下步骤:对切 换的电流进行整流和滤波。
16、一种电能聚集装置,包括实施权利要求1至15中任一项所述的电 能聚集方法的电路。
17、一种电能聚集装置,包括:
电能聚集电路,其通过多条传输线从多个直流电源汲取电流,每个直流 电源由所述多条传输线中的一条传输线连接至该电能聚集电路,每个直流电 源具有开路电压和已知的最大开路电压,所述多条传输线中的每条传输线具 有线路电阻,其中至少一些线路电阻很大;该电能聚集电路限制通过该传输 线汲取的电流,以使在汲取电流时跨接在该传输线两端的闭路电压为该最大 开路电压的至少一半,该电能聚集电路从汲取的电流产生单直流稳定电压。
18、如权利要求17所述的电能聚集装置,其中该电能聚集电路还包括:
一个主脉宽调制器电路,用于生成主脉宽调制器信号;以及
多个从属电压转换器,其中每个从属电压转换器连接至所述多条传输线 中的一条传输线,其中每个从属电压转换器接收该主脉宽调制器信号,其中 每个从属电压转换器运行为依据电压比较和电流测量来调整该主脉宽调制 器信号,其中该主脉宽调制器信号用于通过该从属电压转换器的功率级切换 从该传输线汲取的电流。
19、如权利要求18所述的电能聚集装置,其中所述主脉宽调制器信号 的占空周期依据该单直流稳定电压而变化。
20、如权利要求18所述的电能聚集装置,其中该功率级包括:
从前向转换器、回扫转换器、cuk转换器、单端初级感应转换器、中心 抽头推挽转换器、全桥转换器和半桥转换器中选择的一个转换器。
21、如权利要求18所述的电能聚集装置,其中所述多个从属电压转换 器中的每个从属电压转换器运行为调整所述主脉宽调制器信号,以使从所述 多个直流电源中的每个直流电源汲取的电能最大约为15瓦。
22、如权利要求18所述的电能聚集装置,其中所述多个从属电压转换 器中的每个从属电压转换器运行为调整所述主脉宽调制器信号,以使从所述 多个直流电源中的每个直流电源汲取的电能最大约为12.5瓦。
23、如权利要求18所述的电能聚集装置,其中所述多个从属电压转换 器中的每个从属电压转换器包括启动电路,用于开始该从属电压转换器的启 动工作。
24、一种用于产生单直流稳定电压的电能聚集装置,包括:
多个从属电压转换器,每个从属电压转换器包括输入电压端口、输出电 压端口和同步输入端,每个从属电压转换器的该输入电压端口连接至多条传 输线中的一条传输线,每条所述传输线连接至多个直流电源中的一个直流电 源,所述多个从属电源转换器的全部输出电压端口在一个联合输出电压端口 处接合;以及
主脉宽调制器电路,包括主脉宽调制器电路输入端和主脉宽调制器电路 输出端,该主脉宽调制器电路输入端连接至该联合输出电压端口,该主脉宽 调制器电路输出端连接至每个从属电压转换器的该同步输入端。
25、如权利要求24所述的电能聚集装置,其中该主脉宽调制器电路还 包括外部同步输入端。
26、如权利要求24所述的电能聚集装置,其中该主脉宽调制器电路包 括:
主脉宽调制器,其包括输入端和输出端;
误差信号放大器电路,其连接至所述联合输出电压端口,并连接至所述 主脉宽调制器的所述输入端;
电容器,其连接至所述主脉宽调制器的所述输出端;以及
隔离装置,其连接至所述电容器,并连接至所述主脉宽调制器电路输出 端。
27、如权利要求24所述的电能聚集装置,其中每个从属电压转换器还 包括:
同步电路,其连接至该主脉宽调制器电路输出端,该同步电路接收主脉 宽调制器信号;
输入整流器,其连接至该输入电压端口;
滤波器,其连接至该输入整流器,该滤波器生成经过滤波的输入电压;
启动电阻器,其连接至该滤波器;
启动电容器,其连接至该启动电阻器;以及
启动电路,其连接至该同步电路,该启动电路从该启动电阻器和该启动 电容器接收启动信号,该启动信号使该启动电路、该同步电路和脉宽限幅器 生成振荡信号;
v-伺服电路,该v-伺服电路将经过滤波的输入电压与参考电压相比较;
i-伺服电路,其包括电阻器,用于感测该输入电压端口上的电流阈值;
脉宽限幅器,其连接至该v-伺服电路和该i-伺服电路;该脉宽限幅器从 该同步电路接收该主脉宽调制器信号,并输出脉宽限幅器输出信号;以及
功率级,其连接至该脉宽限幅器,通过依据该脉宽限幅器输出信号对经 过滤波的输入电压进行切换和滤波,该功率级在该输出电压端口上生成输出 电压;该功率级接收该振荡信号;该输出电压使该主脉宽调制器电路向该同 步电路输出该主脉宽调制器信号。
28、如权利要求27所述的电能聚集装置,其中该功率级包括从前向转 换器、回扫转换器、cuk转换器、单端初级感应转换器、中心抽头推挽转换 器、全桥转换器和半桥转换器中选择的转换器。
29、如权利要求27所述的电能聚集装置,其中该脉宽限幅器、所述同 步电路和所述启动电路为单一集成装置。
30、如权利要求27所述的电能聚集装置,其中该主脉宽调制器电路还 包括外部同步输入端。
31、一种用于产生单直流稳定电压的电能聚集装置,包括:
多个从属电压转换器,每个从属电压转换器经由多条传输线中的一条传 输线连接至多个直流电源中的一个直流电源,每个从属电压转换器包括:连 接至所述多条传输线中的一条传输线的整流器装置,用于对开路电压整流; 连接至该整流器装置的滤波器装置,用于生成经过滤波的电压;启动装置, 用于从经过滤波的电压生成启动信号;脉宽调制器装置,用于生成脉宽调制 器输出;连接至该脉宽调制器装置的同步装置,用于使该脉宽调制器装置依 据所述启动信号将启动周期初始化,并用于在该启动周期之后将主脉宽调制 器输出信号提供至该脉宽调制器装置;功率级装置,用于通过切换所述经过 滤波的电压、依据该脉宽调制器的输出来生成直流电压;i-伺服装置,用于 使该脉宽调制器装置调整该脉宽调制器的输出;v-伺服装置,用于使该脉宽 调制器装置调整该脉宽调制器的输出;以及线性稳压器装置,用于向该i-伺 服装置和该v-伺服装置提供电能;以及
主脉宽调制器电路,其连接至所述多个从属电压转换器,该主脉宽调制 器电路包括:误差信号放大器装置,用于生成与该单直流稳定电压成比例的 误差信号;主脉宽调制器装置,用于接收该误差信号并生成经主脉宽调制后 的输出信号;以及隔离装置,用于隔离经主脉宽调制后的输出信号。
当向电子系统供电时,必须密切关注一个或多个电源以及如何最佳地从 多个电源向电子系统传递电能。几乎所有的电源都具有有限的容量向负载供 电。电源具有的局限性是由其发电装置以及将发电装置连接至负载或电子系 统的传输线所确定的。
典型地,电子系统被设计为具有一电源规格。电源系统被设计以满足该 系统的电源规格的要求。在电源系统的设计中,确定负载与发电装置之间的 传输线的尺寸,以使电力被以可接受的损耗程度传送,并且有足够的电力到 达负载。规定发电装置要能够提供负载电能加上传输线损耗大小的能量。
在电信系统、例如公共交换电话网(PSTN)的情况下,存在能够用作 对位于远程的电子系统供电的传输线的电线网络。典型地,使用单个电源经 单对电线向一或多个负载供电。由于直流(DC)电源以及电话信号是在这对 电线上馈送,所以位于远程的电子系统通常称作被“跨度供电 (span-powered)”。沿电线对的长度常采用多个信号中继器,以保持电力 和信号完整性。如果电子系统需要比所能提供(即使以100%的效率)的电 力还要多的电力,那么电源就必须被具有更大容量的电源所替换。替换电源 可能极其昂贵。在某些情况下是不可能替换电源的。
被越来越频繁使用的一种电信设备是数字用户线路访问多路复用器 (DSLAM)。DSLAM可对例如家用或商用计算机使用者的用户实现高速数 据通信例如xDSL通信。因为DSLAM的高电力需求,所以DSLAM被置于 中心局(CO)或可容易且充足地获取电力的其它环境。由于DSLAM的电力 需求所规定的这种放置需求,在北美估计有4千万到8千万人无法接收到 xDSL服务。如果DSLAM能被远程放置并且远程供电,那么许多无法接收 到xDSL服务的人将能够收到这种服务。但是,目前无法满足远程放置的 DSLAM或其它类似设备的电力需求。
用于某些系统以传递更高电流并提高电力系统可靠性的一种方法是使 用并联电能转换器。典型地,多个电能转换器连接至单一电源,通过将每个 电能转换器的输出连接在一起,每个电能转换器向负载提供电流,这也被称 为“或”电能(power OR’ing)。由于如果一个电能转换器失效,还有多余 的并联电能转换器继续向负载供电,所以提高了可靠性。“或”电能经常用 于计算机系统中以向微处理器供电。在此类系统中,具有一个电源,并且从 电源至电力系统的传输线没有大的电阻,因此不会引起大的电力损耗。
常用的另一种方法是从多个DC电源例如太阳能电池聚集电能。典型地, 来自多个太阳能电池板的DC电流通过使用多个逆变器(inverter)而转换为 交流(AC)电源。多个逆变器是彼此同步的,并且利用AC电源输电线路 (power grid)将多个太阳能电池板的输出组合在一起。AC电源输电线路以 交流电的形式聚集、传输并分配大量电力。虽然太阳能电池有电力限制,但 是如同上述“或”电能的情形一样,从电源、即太阳能电池到电力系统的传 输线具有非常小的电阻。而且,太阳能电池的输出电压通常是已知的,并且 从电池到电池的输出电压基本相等。此外,就其电能容量而言,AC电源输 电线路比太阳能系统的输出大得多,因而可靠性和向负载的电力传送取决于 输电线路,而不是仅向输电线路供能的DC电源或太阳能电池。
上述方法并不适用于解决上述的向位于远程的DSLAM供电的问题。 PSTN的单个电线对不能提供DSLAM所需的电力。此外,部分地由于PSTN 的发电装置和传输线的特性,利用连接至多个电线对的多个电能转换器的上 述方法不能产生DSLAM所需的稳压直流(DC)电源。
在PSTN中,传输线的特性是未知的,并且从线到线之间可能变化很大。 一些线可能极短并且具有很小的电阻,而其它线可能极长并且具有几千欧数 量级的极大的线路电阻。此外,无法准确得知发电装置的电压。因此,现有 技术中为聚集DC电源而使用并联电能转换器将导致在一些传输线上产生过 度电力损耗,并在其它传输线上导致过度的电流消耗,因而导致过度的电力 损耗。这种特性导致了电能转换器输出的不稳定和振荡特性。
因此,当前需要一种方法和装置,用于从具有未知特性的多个电源聚集 电能并产生单一、稳定的直流电压。
发明内容
作为介绍,以下优选实施例提供了用于从多个电源聚集电能的方法和装 置。该装置产生用于向负载供电的单直流稳定电压。该装置通过多条传输线 连接至多个直流电源。每个直流电源具有开路电压。虽然最大开路电压是已 知的,但开路电压可能是未知的。所述多条传输线的每条传输线具有线路电 阻。该线路电阻可能是未知的。而且,该线路电阻可以很大。从所述电源通 过所述多条传输线汲取电流。该装置从汲取的电流产生该单直流稳定电压。 对于每条传输线,汲取的电流受到这样的限制,使得当汲取电流时与该传输 线上的电压相应的闭路电压为开路电压的至少一半。该电流可以进一步被限 制,以限制从每个电源汲取的最大电能。该装置包括主脉宽调制器电路和多 个从属电压转换器。该主脉宽调制器电路生成主脉宽调制信号。所述多个从 属电压转换器中的每个从属电压转换器连接至所述多条传输线中的一条传 输线。每个从属电压转换器接收该主脉宽调制信号。可操作每个从属电压转 换器来改变该主脉宽调制信号,从而保持开路电压与闭路电压之间的电压关 系,并限制从连接至该从属电压转换器的电源排出的最大电能。每个从属电 压转换器使用该主脉宽调制信号来切换通过一功率级汲取的电流。该功率级 生成输出电压。可以实施多种不同的功率级。将全部所述从属电压转换器的 输出电压结合以形成该单直流稳定电压。
作为一般的介绍给出前述说明,其不应被用以限制所附权利要求的范 围。下面将参照附图说明优选实施例。
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