电流限制电路制造技术

本发明专利技术题为“电流限制电路。”本公开涉及用于功率转换器的电流限制电路，该电流限制电路可用于限制电功率存储单元的充电电流和放电电流。在示例性实施方案中，电流限制电路(101)包括：第一场效应晶体管和第二场效应晶体管(102,103)，每个场效应晶体管具有源极连接部、栅极连接部和漏极连接部，其中该第一晶体管(102)的该源极连接部(102s)连接到该第二晶体管(103)的该栅极连接部(103g)，并且该第二晶体管(103)的该源极连接部(103s)连接到该第一晶体管(102)的该栅极连接部(102g)；以及电阻器(104)，该电阻器连接在该第一晶体管和该第二晶体管(102,103)的该源极连接部(102s，103s)之间，其中该第一晶体管和该第二晶体管(102,103)的漏极连接部(102d,103d)能够连接在DC电源(105)和电负载(107)之间，以限制在电源(105)和电负载(107)之间流动的最大电流。

【技术实现步骤摘要】
电流限制电路
本公开涉及用于功率转换器的电流限制电路，该电流限制电路可用于限制电功率存储单元的充电电流和放电电流。
技术介绍
随着多电飞行器(MEA)的电功率需求增加，存在对DC功率分配、电机和能够在高功率下操作的功率转换器的使用的需要的增加。还存在减轻重量的趋势，使用固态功率控制器(SSPC)代替机电开关和断路器可有助于减轻重量。利用SSPC，可更灵活地控制在电功率储存装置的充电和放电期间流动的电流，并且可通过使用电子控制器来实现各种特征，诸如故障检测、电路保护和动态负载管理，该电子控制器不能通过传统机电开关来启用。SSPC中的器件需要保护以保留在安全操作区域内。在预充电期间某些负载中的初始浪涌电流应当是有限的，SSPC应当能够调节该初始浪涌电流。在航空航天应用中，SSPC通常与需要预充电和放电的功率转换器和大容量电容器组合使用，从而需要限制电流以防止损坏。然而，在预充电和放电期间限制电流可能需要添加单独的转换器和/或其他部件，这可增加部件数量和总体系统重量。可逆电荷限制器件可用于限制往返于电容器的充电电流和放电电流，例如，如Alwash等人在于2016年9月18日至22日举办的主题为“具有SiC电流限制器的功率转换器的短路保护(Short-CircuitProtectionofPowerConverterswithSiCCurrentLimiters)”的2016年IEEE能量转换博览会上披露，其中以背对背构型设置一对SiCJFET，以实现用于限制充电(浪涌)电流和放电(故障)电流两者的双向电流限制能力。此类布置中的电流受到每个JFET的内部特征诸如沟道夹断和自加热的限制，这意味着对电流限制的控制是固定的器件属性。
技术实现思路
根据第一方面，提供了一种电流限制电路，该电流限制电路包括：第一场效应晶体管和第二场效应晶体管，每个场效应晶体管具有源极连接部、栅极连接部和漏极连接部，其中该第一晶体管的该源极连接部连接到该第二晶体管的该栅极连接部，并且该第二晶体管的该源极连接部连接到该第一晶体管的该栅极连接部；和电阻器，该电阻器连接在该第一晶体管的该源极连接部和该第二晶体管的该源极连接部之间，其中该第一晶体管的漏极连接部和该第二晶体管的漏极连接部能够连接在电源和电负载之间，以限制在该电源和该电负载之间流动的最大电流。该电流限制电路可用作预充电和放电电路的一部分，从而实现可与SSPC结合使用的紧凑且轻质的解决方案。该电路使得浪涌电流能够被限制，同时允许大容量电容器在缩短的预定义时间内充电。该电路还使得大容量电容器能够在关断时安全地放电。电源可以是DC电源，例如电池或DC电总线，或者在一些示例中可以是整流电源。第一场效应晶体管和第二场效应晶体管之间的电阻器可具有介于5mΩ和5Ω之间的电阻值。该电阻器的值根据电流的方向确定第一晶体管和第二晶体管的栅极电压，从而确定电路的电流限制。第一场效应晶体管和第二场效应晶体管可以是耗尽型MOSFET或JFET，使得晶体管处于正常导通模式，其中限制电流通过设置在晶体管的源极连接部之间的电阻器的值来设置。根据第二方面，提供了一种电功率转换器系统，该电功率转换器系统包括：电源；电功率输出端，该电功率输出端能够跨电功率负载连接；第一开关，该第一开关位于该电源和该电功率输出端之间；电容器，该电容器跨该电功率输出端连接；以及根据第一方面的电流限制电路，该电流限制电路跨该开关连接。该电功率转换器系统可包括第二开关，该第二开关被布置成在第一位置将第一场效应晶体管的漏极连接部连接到电源以对电容器充电，并且在第二位置将第一场效应晶体管的漏极连接部连接到公共连接件以使电容器放电。该电功率转换器系统可包括控制器，该控制器被配置为控制电源、开关和电流限制电路的操作。该控制器可被配置为在预充电模式下在第一开关打开时操作第二开关以将电流限制电路连接到电源以对电容器充电，并且在电容器充电之后闭合第一开关。该控制器可被配置为在预充电模式下监测电容器上的电压并且如果该电压在预先确定的超时时间段内未达到预定值则报告故障。该控制器可被配置为在放电模式下操作第二开关以经由电流限制电路将电容器连接到公共连接件，以使电容器放电。飞行器可包括连接到根据第二方面的电功率转换器系统的电负载，该电负载的优点在于与另选解决方案相比可减少部件数量和总重量。根据第三方面，提供了一种操作根据第二方面的电功率转换器系统的方法，该方法包括：在预充电模式下，在第一开关打开时操作第二开关以将电流限制电路连接到电源，以及在电容器充电之后闭合第一开关。在预充电模式下，可监测电容器上的电压，并且如果该电压在预定超时时间段内不超过预先确定的值，则可报告故障。该方法可还包括在放电模式下操作第二开关以经由电流限制电路将电容器连接到公共连接件，以使电容器放电。本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征如作适当变动，可以应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征可以应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征组合。附图说明现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：图1是包括电流限制电路的示例性电功率转换器系统的示意性电路图；图2是例示了操作该功率转换器系统的方法的示意性流程图。图3a是针对常规电阻器限制的预充电操作的作为时间的函数的电流的曲线图；图3b是针对使用示例性电流限制电路的预充电操作的作为时间的函数的电流的曲线图；图4是包括电流限制电路的另选电功率转换器系统的电路图；并且图5是包括电流限制电路的另一个另选电功率转换器系统的电路图。具体实施方式在图1中例示了示例性电功率转换器系统100。系统100包括电源105和电负载107。电源105可以是DC电源、电力储存单元诸如电池或具有一个或多个电源的DC总线。电源105可以是DC电源，或者在另选示例中可以是整流电源。负载107可以是功率电子器件负载(诸如被布置用于驱动电机的逆变器)和/或电阻性负载。DC链路电容器109跨系统100的功率输出端106(即跨电负载107)连接。控制器112监测并控制电存储单元105，并且控制第一开关108和第二开关110的操作。控制器112还可监测输出端106，例如以在预充电和/或放电过程期间确定电容器109上的电荷水平。在正常使用中，第一开关108将电源105连接到电功率输出端106，从而连接到电负载107。然而，在系统100的启动期间，立即连接开关108将引起高初始电流，直到电容器109充分充电。此外，在系统100关断时，电容器109可保持在短路时可能是安全隐患的电荷。因此，电流限制电路101连接在电容器109与电源105之间，即跨开关108，其目的是使得在启动和关断时能够限制充电电流和放电电流。电流限制电路101包括以背对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电功率转换器系统(100)，所述电功率转换器系统包括双向预充电和放电电流限制电路(101)，所述双向预充电和放电电流限制电路用于在所述系统(100)启动和关断时限制充电电流和放电电流，所述系统(100)还包括：/n电源(105)；/n电功率输出端(106)，所述电功率输出端能够跨电负载(107)连接；/n第一开关(108)，所述第一开关位于所述电源(105)和所述电功率输出端(106)之间；以及/n电容器(109)，所述电容器跨所述电功率输出端(106)连接；/n其中所述电流限制电路(101)跨所述第一开关(108)连接并包括：第一场效应晶体管和第二场效应晶体管(102,103)，每个场效应晶体管具有源极连接部、栅极连接部和漏极连接部，其中所述第一晶体管(102)的所述源极连接部(102s)连接到所述第二晶体管(103)的所述栅极连接部(103g)，并且所述第二晶体管(103)的所述源极连接部(103s)连接到所述第一晶体管(102)的所述栅极连接部(102g)；以及电阻器(104)，所述电阻器连接在所述第一晶体管和所述第二晶体管(102,103)的所述源极连接部(102s，103s)之间，并且/n其中所述第一晶体管和所述第二晶体管(102,103)的漏极连接部(102d，103d)能够连接在所述电源(105)和所述电负载(107)之间，以限制在所述系统(100)启动和关断时流动的最大电流。/n...

【技术特征摘要】
20191108 GB 1916243.71.一种电功率转换器系统(100)，所述电功率转换器系统包括双向预充电和放电电流限制电路(101)，所述双向预充电和放电电流限制电路用于在所述系统(100)启动和关断时限制充电电流和放电电流，所述系统(100)还包括：
电源(105)；
电功率输出端(106)，所述电功率输出端能够跨电负载(107)连接；
第一开关(108)，所述第一开关位于所述电源(105)和所述电功率输出端(106)之间；以及
电容器(109)，所述电容器跨所述电功率输出端(106)连接；
其中所述电流限制电路(101)跨所述第一开关(108)连接并包括：第一场效应晶体管和第二场效应晶体管(102,103)，每个场效应晶体管具有源极连接部、栅极连接部和漏极连接部，其中所述第一晶体管(102)的所述源极连接部(102s)连接到所述第二晶体管(103)的所述栅极连接部(103g)，并且所述第二晶体管(103)的所述源极连接部(103s)连接到所述第一晶体管(102)的所述栅极连接部(102g)；以及电阻器(104)，所述电阻器连接在所述第一晶体管和所述第二晶体管(102,103)的所述源极连接部(102s，103s)之间，并且
其中所述第一晶体管和所述第二晶体管(102,103)的漏极连接部(102d，103d)能够连接在所述电源(105)和所述电负载(107)之间，以限制在所述系统(100)启动和关断时流动的最大电流。


2.根据权利要求1所述的电功率转换器系统(100)，其中所述电阻器(104)具有介于5mΩ和5Ω之间的电阻值。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的电功率转换器系统(100)，其中所述第一场效应晶体管(102)和/或所述第二场效应晶体管(103)是耗尽型MOSFET或JFET。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的电功率转换器系统(100)，其中所述电阻器(104)是偏压所述第一晶体管和所述第二晶体管(102,103)两者的单个电阻器。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的电功率转换器系统(100)，包括第二开关(110)，所述第二开关被布置成在第一位置将所述第一场效应晶体管(102)的所述漏极连接部(102d)连接到所述电源(105)以对所述电容器(109)充电，并且在第二位置将所述第一场效应晶体管(102)的所述漏极连接部(102d)连接到公共连接件(111)以使所...

【专利技术属性】
技术研发人员：德维达·A·莫利戈达，钱德纳·J·加贾纳亚克，普拉迪普·查特吉，阿米特·K·古普塔，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB