[发明专利]DC高功率分配装置

说明书

技术领域

本发明涉及电气系统，更具体地，涉及DC功率供应和调节系统。

背景技术

许多电子系统需要提供DC(直流)电功率。通俗地讲，DC功率涉及电流沿着从高电压(即，电势)向低电压的恒定方向的流动。(在AC——交流——功率应用中，电流的幅度和方向呈周期性变化。)DC分配系统用于向需要DC功率以工作的电子电路和器件提供DC功率。由此，DC分配系统典型地执行以下功能中的一个或多个：将AC源转换成DC波形；将转换后的DC波形调节和/或变换成更期望的形式，例如不同的电压级别或更纯粹的DC波形；以及出于安全和/或其他控制的目的对输入和/或输出功率波形进行监视和控制。

高功率DC供应系统执行类似的功能，但是用在需要大量DC电功率的电子应用中。例如，在商业和政府无线电信系统中，RF(射频)放大器及其他高功率电子装置用于放大语音和数据信号，以进行长距离无线传输。放大器被容纳在包括DC配电板的框架或其他支撑装置中，该DC配电板具有输入和输出功率线/总线、供应/滤波/旁路电容器、以及断路器组。在典型的框架中，其中所容纳的电子器件可能需要处于数百安培电流和数千瓦特的级别的DC功率。

因为涉及到高电压和/或电流级别，所以高功率DC分配系统需要鲁棒性强的、高容量组件，并且在一些应用中需要鲁棒性更强的监视和保护方案。例如，特定应用可能需要过电压防护(例如，对输入/源电压显著升高的情况的保护)、欠电压防护(例如，对输入/源电压降低或被去除的情况的保护)、断路器功能、以及电流涌入保护。关于后者，当首先激活DC功率系统时，可能由于电容器阻抗而产生高级别的瞬态电流。大的滤波器和存储电容器像短路一样作用，从而产生具有快速上升时间的即时浪涌电流。峰值涌入电流可能比电路的稳态电流级别高出几个数量级。这种功率浪涌可以严重破坏系统组件，并可能导致保险丝被烧断以及断路器跳闸。

传统地，通过大的高容量电阻器，提供了电流涌入保护。首先，电阻器对存储/滤波电容器进行充电。然后，使用高电流继电器使电阻器短路。尽管这样的电路是实用的，但它们体积非常大，并且如果使负载短路，则电阻器可能出故障。此外，不存在针对低和高电压脱落的预防措施，例如，过电压和欠电压防护。

发明内容

本发明的实施例涉及一种DC高功率分配装置，用于向诸如用在电信网络中的那些电子器件等之类的电子器件提供DC功率。该装置包括：DC源(例如，施加在供电和返回线路两端的DC电压)、存储电容器系统、以及控制电路。多个并联的晶体管串联在DC源与存储电容器系统之间。旁路组件与晶体管并联。(“旁路组件”是指可在开路/关端状态与闭路/导通低电阻状态之间控制的电器件或组件。)晶体管和旁路组件与控制电路的单独控制输出相连接。在工作中，在最初启动分配装置时，控制电路激活并联的晶体管，以采用受控方式对存储电容器系统进行充电，从而限制涌入电流。一旦对电容器进行充电(典型地发生在晶体管进入完全导通状态之前的短时间内)，控制电路就激活旁路组件以对晶体管进行分流。“分流”用在其标准电学意义上，是指电路中两点之间的低电阻连接，其形成针对电流一部分的备选路径。因此，在该模式(表示用于向负载供应DC功率的分配装置的稳态工作模式)下，基本DC电流定向为经过旁路组件而不是经过晶体管，这降低了分配装置所消耗的功率的量并且不需要大晶体管散热器。(“基本”DC电流是指供应给负载和/或存储电容器系统的电流，表示由分配装置处理的大量电流。)

在另一实施例中，控制电路监视功率分配装置的一个或多个电路条件。(“电路条件”是指电路或其一部分在工作时的状态或值，如电流级别、电压级别、温度、“导通/关断”状态等等。)如果在最初激活晶体管以对存储电容器系统进行充电之前，任何所监视的电路条件不满足指定的工作参数(例如，指定的/期望的值或值的范围)，则既不激活晶体管也不激活旁路组件。如果在激活了晶体管之后，任何所监视的电路条件不满足指定的工作参数，则通过对旁路组件进行去激活(以创建开路条件)和/或控制晶体管进入或保持关断状态，来停止分配装置的工作。所监视的电路条件的示例包括：DC源过电压条件(例如，控制电路监视DC源是否上升到指定的电压级别以上)、DC源欠电压条件(例如，控制电路监视DC源是否下降到指定的电压级别以下)、以及过电流条件(例如，控制电路监视基本DC电流是否上升到指定的级别以上)。可以通过测量与晶体管和旁路组件串联的高容量电阻器两端的电压，来监视过电流条件。(“高容量”是指在稳态工作期间能够处理功率分配装置的基本DC电流的电阻器。)