制冷机控制器系统和方法技术方案

公开了用于控制低温制冷机/制冷系统的操作以提供装置或传感器系统的低温和/或一般冷却的系统和方法的技术。低温制冷机控制器包括：电机驱动器控制器，其被配置为基于与由控制器控制的低温制冷机的操作相对应的操作参数来生成电机驱动器控制信号；以及电机驱动器，其被配置为生成相应的驱动信号以驱动低温制冷机的电机。电机驱动器包括第一级，其具有串联联接在电机驱动器的输入和电机驱动器的接地之间的第一对开关、串联联接在第一级的输出和电机驱动器的接地之间的第二对开关、以及联接在第一对开关和第二对开关之间的电感器，其中每个开关的操作由电机驱动器控制信号独立控制。

Controller system and method of refrigerator

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制冷机控制器系统和方法相关申请的交叉引用本专利申请要求于2017年10月11日提交的名称为“CRYOCOOLERCONTROLLERSYSTEMSANDMETHODS”的美国临时申请No.62/571,000和于2018年9月28日提交的题为“CRYOCOOLERCONTROLLERSYSTEMSANDMETHODS”的美国临时申请No.62/738,950的优先权和权益，上述申请在此均通过引用整体并入。
本专利技术的一个或多个实施例大体上涉及低温制冷装置，并且更具体地涉及例如用于制冷系统和方法的控制器。
技术介绍
低温制冷系统或低温制冷机通常用于将其他装置冷却至接近或低于约120开尔文的温度，并且更普遍地，根据例如具体装置呈现的总热负荷，可以用于将装置冷却至200开尔文和60开尔文之间。这种冷却的装置通常是在冷却时更好操作(例如，生成具有更少的噪声、更高的灵敏度、更高的准确性、更高的响应度和/或具有其他通常更期望的性能指标的测量结果)的各种不同类型的传感器系统中的一个。例如，可以从冷却中受益的一种这样类型的传感器系统包括红外相机(例如，包括各个红外传感器的焦平面阵列(FPA))，其将来自物体的红外(例如，热)发射测量或捕获为红外/热图像和/或视频。冷却这样的红外相机通常会提高检测器灵敏度(例如，通过减小各个红外传感器固有的热噪声)，这可能导致整体上更加准确和可靠的红外成像。用于红外相机的低温制冷机可以很小(例如，设计成安装在约3×3×2英寸或更小的体积内)，但仍能够提供足够的冷却功率(例如，致冷器的从耦接装置提取热量的能力的、通常以瓦特为单位的度量)，以将红外相机的至少一部分冷却到例如相对低噪声热成像所需的温度范围，同时承受操作的红外相机的典型的热负荷。系统电子装置(例如，低温制冷机的控制器)(例如，配置为根据所需温度和/或其他操作参数供电和操作低温制冷机的装置)生成的废热可能会对低温制冷机和/或传感器系统的重量、成本和整体性能具有基本上负面的影响。而且，减小系统尺寸和重量以及提高电效率可以有助于促进各种低功率、尺寸和重量应用，包括与飞行平台的集成。因此，在本领域中需要相对紧凑且有效的低温制冷机控制器，该控制器相对于常规控制器能够维持或提高整体系统性能。
技术实现思路
公开了用于控制低温制冷机/制冷系统的操作以提供装置或传感器系统的低温和/或一般冷却的系统和方法的技术。在一个实施例中，一种系统，该系统可以包括：电机驱动器控制器，所述电机驱动器控制器被配置为接收与由低温制冷机控制器控制的低温制冷机的操作相对应的操作参数，以及至少部分地基于接收的操作参数来生成电机驱动器控制信号。该系统还可以包括电机驱动器，所述电机驱动器被配置为从电机驱动器控制器接收电机驱动器控制信号，以及至少部分地基于电机驱动器控制信号生成驱动信号，以驱动低温制冷机的电机。电机驱动器可以包括第一级，所述第一级包括：串联联接在电机驱动器的输入和电机驱动器的接地之间的第一对开关、串联联接在第一级的输出和电机驱动器的接地之间的第二对开关、以及联接在第一对开关和第二对开关之间的电感器，或由所述第一对开关、所述第二对开关以及所述电感器构成，其中，第一对开关和第二对开关中的每个开关的操作由电机驱动器控制器生成的电机驱动器控制信号独立地控制。在另一个实施例中，一种方法可以包括：接收与由低温制冷机控制器控制的低温制冷机的操作相对应的操作参数；至少部分地基于接收的操作参数生成电机驱动器控制信号；由低温制冷机控制器的电机驱动器接收电机驱动器控制信号；以及由低温制冷机控制器的电机驱动器生成驱动信号，以驱动低温制冷机的电机。电机驱动器可以包括第一级，所述第一级包括：串联联接在电机驱动器的输入和电机驱动器的接地之间的第一对开关、串联联接在第一级的输出和电机驱动器的接地之间的第二对开关、以及联接在第一对开关和第二对开关之间的电感器，或由所述第一对开关、所述第二对开关以及所述电感器构成，其中第一对开关和第二对开关中的每个开关的操作由电机驱动器控制器生成的电机驱动器控制信号独立地控制。本专利技术的范围由权利要求限定，该权利要求通过引用并入本部分。通过考虑以下对一个或多个实施例的详细描述，本领域技术人员将更全面地理解本专利技术的实施例，并实现本专利技术的附加优点。将参考首先将简要描述的附图。附图说明图1示出了根据本公开实施例的包括低温制冷机控制器的制冷系统的框图。图2A示出了根据本公开实施例的可以由低温制冷机控制器控制的分置式斯特林致冷器/低温制冷机的框图。图2B示出了根据本公开实施例的可以由低温制冷机控制器控制的分置式斯特林致冷器/低温制冷机的图像。图3示出了根据本公开实施例的用于低温制冷机控制器的电机驱动器的电路图。图4示出了根据本公开实施例的用于低温制冷机控制器的电机驱动器的降压模式驱动器控制信号。图5示出了根据本公开实施例的用于低温制冷机控制器的电机驱动器的升压模式驱动器控制信号。图6示出了根据本公开实施例的用于低温制冷机控制器的电机驱动器的降压模式和升压模式驱动器控制信号以及所得的输出电机驱动信号。图7示出了根据本公开实施例的用于低温制冷机控制器的电机驱动器控制器的框图。图8示出了根据本公开实施例的用于低温制冷机控制器的电机驱动器控制器的驱动误差发生器的框图。图9A示出了根据本公开实施例的用于低温制冷机控制器的电机驱动器控制器的驱动器控制信号发生器的框图。图9B示出了根据本公开实施例的用于低温制冷机控制器的驱动器控制信号发生器的控制信号发生器的框图。图9C示出了根据本公开实施例的用于低温制冷机控制器的控制信号发生器的设定点发生器的框图。图10示出了根据本公开实施例的低温制冷机控制器的框图。图11是示出根据本公开实施例的用于操作低温制冷机的方法的流程图。通过参考下面的详细描述，将最好地理解本专利技术的实施例及其优点。应当理解，相似的附图标记用于标识在一个或多个附图中示出的相似的元件。具体实施方式根据本公开的各种实施例，紧凑且强大的制冷系统和方法可有利地采用高效且灵活的低温制冷机控制器，该控制器包括低功率但高度灵活，且功能丰富的电机驱动器控制器以及坚固的电机驱动器设计，该设计可以用很少的电气元件实现但还生成相对干净/无噪声和可配置/可变的驱动信号来驱动制冷系统的电机。例如，用于低温制冷机控制器的电机驱动器可以通过仅包括四个开关和电感器的降压-升压逆变器级以及仅包括附加的四个开关的换向器级来实现。电机驱动器控制器可以控制总共8个开关的操作以生成具有可配置/可变的频率、振幅和/或其他波形特性的交流电(AC)输出信号，以及例如由电机驱动器生成的驱动信号可以利用超过提供到电机驱动器的直流电(DC)输入功率信号的输入电压电平的电压振幅生成。降压-升压逆变器级可以另外包括单个电容器，该电容器与电感器一起形成单个低通滤波器，该滤波器与降压-升压逆变器级集成在一起并基本上消除了从来自由电机驱动器生成的AC输出信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温制冷机控制器，包括：/n电机驱动器控制器，所述电机驱动器控制器被配置为接收与由所述低温制冷机控制器控制的低温制冷机的操作相对应的操作参数，以及至少部分地基于接收的操作参数来生成电机驱动器控制信号；以及/n电机驱动器，所述电机驱动器被配置为从所述电机驱动器控制器接收电机驱动器控制信号，以及至少部分地基于所述电机驱动器控制信号生成驱动信号，以驱动所述低温制冷机的电机，其中：/n所述电机驱动器包括第一级，所述第一级包括串联联接在所述电机驱动器的输入和所述电机驱动器的接地之间的第一对开关、串联联接在所述第一级的输出和所述电机驱动器的接地之间的第二对开关、以及联接在所述第一对开关和所述第二对开关之间的电感器，并且/n所述第一对开关和所述第二对开关中的每个开关的操作由所述电机驱动器控制器生成的电机驱动器控制信号独立地控制。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171011 US 62/571000;20180928 US 62/7389501.一种低温制冷机控制器，包括：
电机驱动器控制器，所述电机驱动器控制器被配置为接收与由所述低温制冷机控制器控制的低温制冷机的操作相对应的操作参数，以及至少部分地基于接收的操作参数来生成电机驱动器控制信号；以及
电机驱动器，所述电机驱动器被配置为从所述电机驱动器控制器接收电机驱动器控制信号，以及至少部分地基于所述电机驱动器控制信号生成驱动信号，以驱动所述低温制冷机的电机，其中：
所述电机驱动器包括第一级，所述第一级包括串联联接在所述电机驱动器的输入和所述电机驱动器的接地之间的第一对开关、串联联接在所述第一级的输出和所述电机驱动器的接地之间的第二对开关、以及联接在所述第一对开关和所述第二对开关之间的电感器，并且
所述第一对开关和所述第二对开关中的每个开关的操作由所述电机驱动器控制器生成的电机驱动器控制信号独立地控制。


2.根据权利要求1所述的低温制冷机控制器，还包括：
反馈接口，所述反馈接口被配置为接收一个或多个传感器信号并生成与由所述低温制冷机控制器控制的所述低温制冷机的操作相对应的反馈数据，其中，所述电机驱动器控制器被配置为从所述反馈接口接收所述反馈数据，以及至少部分地基于所述反馈数据和所述操作参数来生成所述电机驱动器控制信号。


3.根据权利要求2所述的低温制冷机控制器，其中：
所述一个或多个传感器信号包括所述低温制冷机的指形冷冻器和/或热联接至所述低温制冷机的电子装置的测量温度；
所述电机驱动器控制器被配置为至少部分地基于与所述低温制冷机的指形冷冻器和/或所述电子装置的期望温度相对应的设定点以及与所述低温制冷机的指形冷冻器和/或所述电子装置的测量温度相对应的反馈数据，来确定反馈误差；以及
所述电机驱动器控制器被配置为至少部分地基于确定的反馈误差来生成所述电机驱动器控制信号。


4.根据权利要求2所述的低温制冷机控制器，其中：
所述电机驱动器控制器被配置为至少部分地基于与所述低温制冷机的指形冷冻器和/或热联接至所述低温制冷机的电子装置的测量温度、在所述电机驱动器的输入处接收的功率信号的测量输入电压、由所述电机驱动器生成的驱动信号的测量输出电压和/或所述低温制冷机控制器的测量温度相对应的反馈数据，来确定反馈误差、与由所述低温制冷机控制器控制的所述低温制冷机的操作状态相对应的斜坡使能状态、斜坡误差和/或降压-升压设定点；以及
所述电机驱动器控制器被配置为至少部分地基于确定的反馈误差、斜坡使能状态、斜坡误差和/或降压-升压设定点，来生成所述电机驱动器控制信号。


5.根据权利要求1所述的低温制冷机控制器，其中：
所述电机驱动器控制信号被配置为使所述电机驱动器的所述第一级将在所述电机驱动器的输入处接收的直流功率信号转换为在所述第一级的输出处生成的整流正弦波。


6.根据权利要求1所述的低温制冷机控制器，其中：
所述电机驱动器包括第二级，所述第二级联接到所述电机驱动器的所述第一级的输出；
所述第二级包括串联联接在所述第一级的输出和所述电机驱动器的接地之间的第三对开关和串联联接在所述第一级的输出和所述电机驱动器的接地之间的第四对开关；
所述第三对开关和所述第四对开关中的每个开关的操作由所述电机驱动器控制器生成的电机驱动器控制信号独立地控制；以及
所述电机驱动器包括差分输出，所述差分输出联接在所述第三对开关和所述第四对开关之间，使得所述第三对开关和所述第四对开关中的至少一个开关联接在所述电机驱动器的所述差分输出的每个引线和所述第一级的输出或所述电机驱动器的接地之间。


7.根据权利要求6所述的低温制冷机控制器，其中：
所述电机驱动器的所述第一级被配置为在所述第一级的输出处生成整流正弦波；
所述电机驱动器控制信号被配置为使所述电机驱动器的第二级将在所述第一级的输出处的整流正弦波转换为在所述电机驱动器的所述差分输出处生成的全正弦波；以及
所述电机驱动器生成的驱动信号包括所述由电机驱动器的所述第二级生成的全正弦波。


8.根据权利要求1所述的低温制冷机控制器，其中：
所述电机驱动器包括电容器，所述电容器联接到所述电机驱动器的第一级的输出；以及
所述电容器和所述电感器被配置为形成与所述电机驱动器的所述第一级集成的低通滤波器，并且被配置为形成由所述电机驱动器的所述第一级生成的低通滤波信号。


9.一种包括权利要求1所述的低温制冷机控制器的系统，所述系统还包括：
由所述低温制冷机控制器控制的低温制冷机。


10.根据权利要求7所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·陶伯，T·堀切，J·R·贝克，
申请(专利权)人：菲力尔商业系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US