[发明专利]开关模式电源系统和包括该系统的航空器

说明书

技术领域

本发明涉及开关模式电源系统。

发明内容

更具体地，本发明涉及一种计划在输入连接至电功率源（electric power source）及在输出连接至负载的电力电源系统（electric power supply system），该电力电源系统包括：

主开关单元，该主开关单元包括第一主分支和第二主分支，第一主分支和第二主分支各自包括主开关，所述主开关可以在打开状态和闭合状态之间是可控的，以及

辅开关单元，其连接至主开关单元并包括第一次级分支和第二次级分支及连接分支，一方面，第一次级分支和第二次级分支各自包括次级开关，该次级开关可以在打开状态和闭合状态之间被控制，以及另一方面，连接分支用于将辅开关单元连接至主开关单元，所述连接分支包括开关电感器，所述主开关单元和所述辅开关单元相互级联连接。

这种类型的电力电源系统显然装配于航空器并被用于向电子设备提供电功率。

此类系统例如在文献《A Novel Two-quadrant Zero-Voltage Transition Converter for DC Motor Drives》中进行了描述，其中所述电源系统在输出连接至牵引电机。

这些电源系统的操作原理基于所述主开关单元的开关的开关操作，以用于调整由这些电源系统传递的电功率。

在这些电源系统的操作期间，许多元件产生了电功率损耗。

包括在这些系统中并被控制用于打开和闭合以调整所传递的电功率的开关产生了两种类型的电功率损耗：

静态损耗，其与导电的开关的性能相关并不能通过修改电源系统的拓扑结构而减少，以及

动态损耗，或开关动作损耗，其与穿过开关的电流相关并与在开关打开和闭合期间开关端子上的电压有关，以及与开关的开关动作持续时间有关。

在上述文献中，为了减少动态损耗，辅开关单元的开关被控制以用于经由特定控制定律打开和闭合，以使得主开关单元的开关的开关动作产生较少的损耗。

然而，预期的解决方案并不是非常满意。

实际上，在该系统中，主开关和次级开关的控制依赖于连接至电源系统的输出的牵引电机的操作模式而利用两个不同的控制定律实现：在电机像负载一样起作用时第一控制定律负责开关的控制，以及在电极像发电机一样起作用时第二控制定律负责开关的控制。

该系统的开关的控制因此特别复杂。

进一步地，开关的本征二极管被用于驱动与开关相关联的负载电流，该负载电流用于产生主开关单元的开关的端子上的电压谐振。

这引起了由电流通路导致的二极管中巨大的导电损耗以及还引起了由开关的导电形成的巨大损耗，这些损耗与二极管的恢复电流（recovery current）相关。

最后，辅开关单元的开关被控制以为了使开关电流为零且这仅仅是基于打开操作。所描述的系统并未限制次级开关的寄生电容放电所产生的损耗。

本发明的目的因此是为了提出一种允许减少电功率损耗的电源系统。

出于这个目的，本发明涉及以上所述的电力电源系统，其特征在于，辅开关单元还包括至少两个开关电容器，一个开关电容器与次级开关中的一者并联放置，另一开关电容器与主开关中的一者并联放置。

根据本发明的其他有益方面，电源系统包括以下技术特征中的一个或多个特征，这些特征可以独立使用或根据任何可能的技术组合进行组合使用：

该系统进一步包括两个输入端子、两个输出端子、连接在所述输出端子之间的输出滤波器以及电感器、该电感器被包括在所述输出滤波器中或者连接至所述输入端子中的一者和连接至主开关单元，电感器电流能够流过所述电感器；

该系统能够接收输入电压并能够在输出提供输出电压，所述电源系统进一步包括控制装置，该控制装置能够控制主开关和次级主开关的打开和闭合，以用于使所述电源系统的电压从动于所述输入电压或输出电压，或者使所述电源系统的电流从动于所述电感器电流；

所述控制装置被配置用于控制相互关联的具有相反相位的所述主开关，并且控制装置还依赖于所述主开关单元的所述第二主分支的主开关的端子上的电压来控制所述主开关被打开或闭合；

所述控制装置被配置用于：

只要所述第二分支的主开关的端子上的电压大于第一阈值，就控制闭合所述主开关单元的第一主分支的主开关，以及

只要所述主开关单元的第二分支的主开关的端子上的电压小于第二阈值，就控制闭合所述主开关单元的第二主分支的主开关；