可在涡轮发动机的高温环境中操作的电压调节器电路制造技术

提供了一种适于在涡轮发动机的高温环境中操作的电压调节器电路(50)。该电压调节器可包括恒流电源(52)，所述恒流电源包括第一半导体开关(54)以及连接在第一半导体开关的栅极端子(G)和源极端子(S)之间的第一电阻器(56)。第二电阻器(58)连接到第一半导体开关(54)的栅极端子，并连接到电接地(64)。恒流电源联接成在第二电阻器(58)的两端产生参考电压。源极跟随器输出级(66)可包括第二半导体开关(68)以及连接在电接地和第二半导体开关的源极端子之间的第三电阻器(58)。所产生的参考电压被施加到第二半导体开关(58)的栅极端子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及电子电路，更具体地说，涉及可适于在涡轮发动机的高温环境中操作的电路。
技术介绍
诸如燃气轮机发动机的涡轮发动机可用于许多应用，比如驱动发电厂中的发电机或者推进轮船或航空器。现代燃气轮机发动机的点火温度响应于更高燃烧效率的要求而持续增加。期望使用比如用在无线遥测系统中的电路来监控发动机(比如涡轮叶片)的操作参数，或监控在发动机操作期间这种部件上的操作应力。本专利技术的各方面提供了与这种电路有关的改进。附图说明参考附图在下列描述中解释本专利技术，附图中：图1是包括电子电路的示例性涡轮叶片的部分等轴测试图，所述电路可由无线遥测系统使用来监控叶片的操作参数。图2是示例电源电路的框图，该电源电路可由遥测系统使用，并可得益于体现本专利技术各方面的电压调节器。图3是体现本专利技术各方面的电压调节器的一个示例实施例的示意图。图4是体现本专利技术各方面的电压调节器的另一示例实施例的示意图。图5是体现本专利技术各方面的电压调节器集成在无线遥测系统中的示意图。具体实施方式本专利技术的示例实施例涉及电子电路，在一个示例应用中，电路可用在具有遥测系统的内燃机中，比如涡轮发动机。该示例应用可允许从具有一定电子电路的可移动部件(比如可旋转涡轮发动机叶片)传送传感器数据，例如，所述电子电路可在具有超过约300℃温度的环境中操作。为了公开的目的，不具有额外限定的术语“高温”环境可指代具有超过约300℃的最大操作温度的任何操作环境，比如涡轮发动机的部分内的环境。应明白，本专利技术的各方面不必限于高温环境，因为体现本专利技术各方面的电路可同等有效地用在非高温环境中。图1示出可具有示例遥测系统的涡轮叶片20(部分示出)，示例遥测系统可包括无线遥测发送器组件24和天线组件26。引线或连接器28可从一个或多个传感器(例如传感器30)延伸到遥测发动器组件24，遥测发送器组件可安装成邻近叶片根部22，并可包括各种遥测发动器电路。示例传感器可以是嵌入的和/或表面安装的传感器，比如应变计、热电偶、热流传感器、压力换能器、微加速计或任何其它期望的传感器。引线28可以将电子数据信号从传感器30传递到遥测发送器组件24，在遥测发送器组件，信号可由处理器处理。其它引线或电连接器36可用于将电子数据信号从遥测发送器电路传递到天线组件26。图2示出示例电源电路39的框图，其可用在具有遥测系统的涡轮部件(例如，涡轮叶片20(图1))中。在一个示例实施例中，一个或多个负载40可由电源电路39电驱动。举例来说，负载40可以是电子电路，比如感测、信号调节和/或遥测电路，可以是遥测系统的一部分。电源电路39可通过一个或多个功率收获模态(Power-harvesting modalities)诸如诱导RF(射频)能量和/或通过在涡轮发动机内收获热或振动能量而获取电功率。例如，热电堆可用于从热能产生电，或者压电材料可从涡轮发动机的振动产生电。对于想得到与功率收获模态的示例形式相关的研究背景的读者，可参考专利技术名称为“Electrical Assembly For Monitoring Conditions In A Combustion Turbine Operating Environment”的美国专利No.7368827，该专利的全部公开内容作为引用并入本文。不管是什么样的功率收获模态，在一个示例实施例中，可给整流器42提供AC(交流)电源41，整流器将AC输入转换为DC(直流)输出，其联接到电压调节器44，并可构造成维持相对恒定的DC压力输出45，即使收获的AC输入电压存在变化也如此。应明白，对于被测量的任何给定的发动机参数，恒定的电压输出是期望的，以获得所需的测量精度和/或稳定性。图3-4及以下相关描述提供了体现本专利技术各方面的电压调节器50的细节，在一个示例应用中，电压调节器可用在电源电路中，如图2示例性示出。应明白，这种示例应用不应被理解为限制性的，体现本专利技术各方面的电路可用于其它应用。在一个示例实施例中，电压调节器50可适于在涡轮发动机的高温环境中操作。电压调节器50可包括恒流电源52，比如可包括第一半导体开关54以及连接在第一半导体开关54的栅极端子(G)和源极端子(S)之间的第一电阻器56。在一个示例实施例中，第二电阻器58可具有连接到第一半导体开关54的栅极端子(G)的第一引线60和连接到电接地64的第二引线62。恒流电源52可联接成在第二电阻器58两端产生参考电压(Vr)。源极跟随器输出级66可包括第二半导体开关68以及连接在电接地64和第二半导体开关68的源极端子(S)之间的第三电阻器70。如图3中看出，第二电阻器58的第一引线60连接成对第二半导体开关68的栅极端子(G)施加所产生的参考电压(Vr)。进一步，应明白，第二半导体开关68的源端子(S)供给电压调节器50的被调节输出电压(Vout)。在一个示例实施例中，电源52还可包括输入级72，其可包括具有漏极端子(D)的第三半导体开关74，漏极端子连接成接收由电压调节器50调节的输入电压(Vin)(例如，从图2的整流器42输出)。分压网络76可提供连接到第三半导体开关74的栅极端子(G)的分压结78。分压网络76可包括连接在分压结78和第三半导体74的漏极(D)的第一电阻器80，并可包括连接在分压结78和第二半导体开关68的源极(S)之间的第二电阻器82。在图4所示替代实施例中，在电压调节器50’中，电源52的输入级72还可包括在串联电路中连接在第一半导体开关54和第三半导体开关74之间的第四半导体开关84。在该替代实施例中，第四半导体开关84可具有连接到第三半导体开关74的源极端子(S)的漏极端子(D)、连接到第一半导体开关54的漏极端子(D)的源极端子(S)和连接到第一半导体开关54的源极端子(S)的栅极端子(G)。应明白，半导体开关74和84的级联布置有益于通过电源52的相对更稳定的电流调节，这又有益于相对更稳定的参考电压Vr，因此有益于相对更稳定的被调节输出电压Vout，参考电压构成用于第三半导体开关68的DC偏压。在一个示例实施例中，半导体开关54、68、74和84可以是n通道结栅场效应晶体管(JFET)开关，并可包括相应的高温、宽带隙材料，比如SiC、AIN、GaN、AIGaN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlGaP、AllnGaP和GaAsAIN。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于在涡轮发动机的高温环境中操作的电压调节器电路，所述电压调节器电路包括：恒流电源，至少包括第一半导体开关以及连接在所述第一半导体开关的栅极端子和源极端子之间的第一电阻器；第二电阻器，具有连接到所述第一半导体开关的栅极端子的第一引线和连接到电接地的第二引线，其中，所述恒流电源联接成在所述第二电阻器的两端产生参考电压；以及源极跟随器输出级，包括第二半导体开关以及连接在所述电接地和所述第二半导体开关的源极端子之间的第三电阻器，其中，所述第二电阻器的第一引线连接成对所述第二半导体开关的栅极端子施加所产生的参考电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.29 US 13/537,2081.一种适于在涡轮发动机的高温环境中操作的电压调节器电路，所述
电压调节器电路包括：
恒流电源，至少包括第一半导体开关以及连接在所述第一半导体开关
的栅极端子和源极端子之间的第一电阻器；
第二电阻器，具有连接到所述第一半导体开关的栅极端子的第一引线
和连接到电接地的第二引线，其中，所述恒流电源联接成在所述第二电阻
器的两端产生参考电压；以及
源极跟随器输出级，包括第二半导体开关以及连接在所述电接地和所
述第二半导体开关的源极端子之间的第三电阻器，其中，所述第二电阻器
的第一引线连接成对所述第二半导体开关的栅极端子施加所产生的参考电
压。
2.如权利要求1所述的电压调节器电路，其中，所述第二半导体开关
的源极端子提供所述电压调节器的被调节输出电压。
3.如权利要求1所述的电压调节器电路，其中，所述电源还包括输入
级，所述输入级包括具有漏极端子的第三半导体开关，所述漏极端子连接
成接收由所述电压调节器调节的输入电压。
4.如权利要求3所述的电压调节器电路，还包括分压网络，所述分压
网络具有连接到所述第三半导体开关的栅极端子的分压结。
5.如权利要求4所述的电压调节器电路，其中，所述分压网络包括连
接在所述分压结和所述第三半导体开关的漏极之间的第一电阻器以及连接
在所述分压结和所述第二半导体开关的源极之间的第二电阻器。
6.如权利要求3所述的电压调节器电路，其中，所述电源的输入级还
包括在串联电路中连接在所述第一半导体开关和所述第三半导体开关之间
的第四半导体开关。
7.如权利要求6所述的电压调节器电路，其中，所述第四半导体开关
具有连接到所述第三半导体开关的源级端子的漏极端子、连接到所述第一
半导体开关的漏极端子的源极端子和连接到所述第一半导体开关的源极端
子的栅极端子。
8.如权利要求6所述的电压调节器电路，其中，各半导体开关包括n

\t通道结栅场效应晶体管(JFET)开关。
9.如权利要求6所述的电压调节器电路，其中，各半导体开关包括相
应的高温宽带隙材料。
10.如权利要求9所述的电压调节器电路，其中，所述高温宽带隙材
料从由SiC、AIN、GaN、AlGaN、GaAs、GaP、InP、AIGaAs、AIGaP、
AllnGaP和GaAsAIN构成的组中选择。
11.如权利要求2所述的电压调节器电路，其中，所述第一电阻器和
所述第二电阻器的相应电阻值的比率选择成调节所述电压调节器的被调节
输出电压的大小。
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：DJ米切尔，JR弗雷利，J杨，C席利格，B韦斯顿，RM舒普巴赫，
申请(专利权)人：西门子能量股份有限公司，阿肯色电力电子技术国际股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US