[发明专利]用于电压调节的双向转换器电压受控的电流源

说明书

技术领域

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

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。

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。

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

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。

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。

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)。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。