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    US 20110157942A1( 1 9 ) United S t a t e s( 1 2 ) Patent Application Publication ( 1 0 ) P u b . N o . : US 2 0 1 1 / 0 1 5 7 9 4 2 A 1

    Babcock t a l . ( 4 3 ) P u b . D a t e : Jun. 3 0 , 2011( 5 4 ) CONTROLLABLE UNIVERSAL SUPPLY P u b l i c a t i o n C l a s s i ? c a t i o n

    WITH REACTIVE POWER MANAGEMENT ( 5 1 ) I n t . C l .H02M / 0 6 ( 2 0 0 6 . 0 1 )( 7 5 ) I n v e n t o r s : Paul M. Babcock, Spokane a l l e y , ( 5 2 ) U5. C l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363/126WA U S ) ; D a v i d J . B a b c o c k ,S p o k a n e , WA U ) ; P h i l l i p N . ( 5 7 ) ABSTRACT

    S m i t h , S p o k a n e V a l l e y , WA U s ) A p p a r a t u s a n d a s s o c i a t e d m e t h o d s i n v o l v e a c o n t r o l l a b l e s u pp l y a d a p t e d o r c o n t r o l l i n g s W i t c h p h a s i n g a n d p u l s e W i d t h o_ s u b s t a n t i a l l e ualiZe oWer i n ad'acent uadrants of a sinu( 7 3 ) A s s l g n e e : F L Y B A C K ENERGY N C " s o i d a l s o u r Z e g o l t a g e I : v a v e f o r m t J o r e g u ( l 1 a t e r e a c t i v e p o W e r

    S p o k a n e V a l l e y , WA U s ) draWn r o m t h e s o u r c e . I n a n i l l u s t r a t i v e e x a m p l e , t h e s u p p l ymay, i n s ome embodiments, d e l i v e r poWer o a load t a l e v e l

    ( 2 1 ) A p p l _ No; 1 2 / 9 8 0 , 3 2 6 r e s p o n s i v e t o a commanded n p u t s i g n a l . I n some e x a m p l e s ,t h e poWer s u p p l i e d t o t h e l o a d may e a d j u s t e d a c c o r d i n g t o_ t h e command n p u t s i g n a l t o a s e l e c t e d value Within an oper

    ( 2 2 ) F l l e d i D e c - 2 8 : 2 0 1 0 a t i n g r a n g e . I n some e x a m p l e s , t h e o p e r a t i n g r a n g e mayi n c l u d e a p o r t i o n o r a l l of 0 t o 1 0 0% of a t e d l o a d . V a r i o u s

    R e l a t e d US p p l i c a t i o n D a t a e m b o d i m e n t s may e a d a p t e d t o s u p p l y u n i p o l a r o r b i p o l a rl o a d e x c 1 t a t 1 o n . I n some embodiments, i g h poWer a c t o r may( 6 0 ) P r o v i s i o n a l a p p l i c a t i o n No. 6 1 / 2 9 0 , 2 5 7 , ? l e d on e c . be a i n t a i n e d o v e r a s u b s t a n t i a l r a n g e of commanded poWer2 8 , 2 0 0 9 , p r o v i s i o n a l a p p l i c a t i o n N o . 6 1 / 2 9 0 , 2 5 3 ,

    ? l e d on D e c . 2 8 , 2 0 0 9 .

    2 0 0 Zt o t h e l o a d . C e r t a i n embodiments may e n h a n c e s u p p l y e ? ic i e n c y b y c a p t u r i n g a n d r e c y c l i n g i n d u c t i v e l o a d e n e r g y .

    V i m 1 3 0 9 : 1405 5 21D

    i 205

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    P a t e n t A p p l i c a t io n P u b l i c a t i o n

    1 0 9 1

    J u n . 3 0 , 2011 S h e e t 1 0 f 1 2 US 011/0157942 A 1

    E n e r g y P m c e s s i n g M o d u i e105

    1 3 0 2 2 5 1 4 5 3P o w e r S t a g e

    1 o u r

    160V o l t a g e :L i m i t e a r

    i 3 1 5( J o n t m i i e r C ( J n t m ii n p u t

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    P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a t i o n J u n . 3 0 , 2011 S h e e t 2 0 f 1 2 US 2 0 1 1 / 0 1 5 7 9 4 2 A 1

    5 - 1 3 0 a 5 1 4 02 1 '

    P E G . 2

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    P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a t i o n J u n . 3 0 , 2 0 1 1 S h e e t 3 0 f 1 2 US 2 0 1 1 / 0 1 5 7 9 4 2 A 1

    RG13

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    5/25

    P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a t i o n J u n . 3 0 , 2011 S h e e t 4 0 f 1 2 US 2 0 1 1 / 0 1 5 7 9 4 2 A 1

    EC, D

    P E G . 4

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    P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a t i o n J u n . 3 0 , 2011 S h e e t 5 0 f 1 2 US 2 0 1 1 / 0 1 5 7 9 4 2 A 1

    S D 1 3 )

    5 , 5 AB 1 1 0 : ;mm? a r Nm 1 W 3 NT A A V 5

    2 rx ml a m - 5 m N

    D Yx x

    F I G . 5

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    P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a t i o n J u n . 3 0 , 2 0 1 1 S h e e t 6 0 f 1 2 US 2 0 1 1 / 0 1 5 7 9 4 2 A 1

    6 0 C2 0 k E n e r g y P r o c e s s i n g Module1 B , 1 1 0 a---> V 'N " ~ , , Vowv 1 Power Stage - - - - - - >

    7 (M1

    2 3 , 4 : 0 7 *ME " 3Q'? _______ _.

    . 3 mm2X 1 C g F n w e r S t a g eM 605

    C o n i r o i i e r 5 1 5 MU s e r U 5 9

    I m e r f a c e I H D L I EPower Siage Co o l i e r

    Phase . ._

    PWM Detecwr6 Q . A n a i o g l a m - 3 5 0 9m a y . i n c s r i a c ? input

    Q " 6 . 7 5JRAM Processor WVM 5 Cammmm: Network

    1(355

    P E G . 5

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    P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a t i o n J u n . 3 0 , 2011 S h e e t 7 0 f 1 2 US 2 0 1 1 / 0 1 5 7 9 4 2 A 1

    5mg P I W S N 2 9 ?R g s ei ve Pgwer - P ; > Yes Adjust Puise

    ..... ______ ______ _-:; a ______ ______ ______ ____ 3131?.

    N 3 5 2 W W 1anitar Puwer, Pand power f a c t o r Caicuiate T1 t o equaiize

    PF during > > > > > > > > > > > > > ~ i f : > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > adjacent quadrant pawero f same m i a r i i yeasurement

    Window

    A p p i y T i , T 1 ? t 0c o n t r o i s w i i c h e s

    N45

    Yes e x t f u i i c y c- . AC our e

    F i G . Y

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    P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a t i o n J u n . 3 0 , 2 0 1 1 S h e e t 8 0 f 1 2 US 2 0 1 1 / 0 1 5 7 9 4 2 A 1

    :aE n e r g y F r o c e s s i n g M o d u i e : /si m

    E l i } % w P o w e r S t a g e4 5 1 iC o n i r c l l e r 1%

    V a r i a b i e l n p u i C o m r c z iW

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    P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a t i o n J u n . 3 0 , 2 0 1 1 S h e e t 9 0 f 1 2 US 2 0 1 1 / 0 1 5 7 9 4 2 A 1

    F i G n 9

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    P a t e n t A p p l i c a t io n P u b l i c a t i o n J u n . 3 0 , 2011 S h e e t 1 0 0 f 1 2 US 011/0157942 A 1

    9 8 1 5 : 1 0 0 0E n e r g y P r o c e s s i n g M o d u l e 51005 :

    t i t l e N =2T > P o w e r S t a g e E m 0 0|l % w l l8 3 0 / . \ D IS - 1 0 1 5 - 1 8 4 0 3 i F 1 0 2 0 l v

    C o n t r o l l e rensor iIIII

    ( a )1 0 5 03 8 1 5 1 0 5 5 K )E n e r g y P r o c e s s i n g M o d u l e

    \ \ | > : l / | ' =P o w e r S t a g e 14% 1 0 6 5

    W F >C o n t r o l l e r ( b )

    $ 1 0 0 0 5 - 1 0 5 0 $ 1 0 6 5Line Frequency R - - 400 HZ DC-DC Batteryectlfler . J_m i t h PFC a n d DC C h a r g e r w l t h ;B u s s F l y b a c k C a p t u r e TF l y b a c k C a p t u r e ( b )

    (a) _( C )

    F I G . 10

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    P a t e n t A p p l i c a t io n P u b l i c a t i o n J u n . 3 0 , 2011 S h e e t 1 1 0 f 1 2 US 011/0157942 A 1

    9 0 0W9 0 0 W?0% PWM5 4 - d g D e l a y

    5 wow45% PWME B - d g D e l a y

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    P a t e n t A p p l i c a t i o n P u b l i c a t i o n J u n . 3 0 , 2011 S h e e t 1 2 0 f 1 2 US 2 0 1 1 / 0 1 5 7 9 4 2 A 1

    P B S . H

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    US 011/0157942 A 1

    CONTROLLABLE UNIVERSAL SUPPLYWITH REACTIVE POWER MANAGEMENT

    CROSS-REFERENCETO RELATEDAPPLICATIONS

    [ 0 0 0 1 ] T h i s a p p l i c a t i o n c l a i m s b e n e ? t t o US. a p p l i c a t i o nS e r . N o . 6 1 / 2 9 0 , 2 5 3 , e n t i t l e d S u p p l y f o r L i g h t i n g S y s t e m s , a s ? l e d on D e c . 2 8 , 2009 by B a b c o c k , e t a l . , and to US.a p p l i c a t i o n e r . N o . 6 1 / 2 9 0 , 2 5 7 , e n t i t l e d R e c t i ? e r S y s t e m s , a s ? l e d on D e c . 2 8 , 2009 by Babcock, e t a l . , t h e e n t i r e cont e n t s o f e a c h o f Which a r e f u l l y i n c o r p o r a t e d by r e f e r e n c eh e r e i n .

    TECHNICAL IELD[ 0 0 0 2 ] V a r i o u s e m b o d i m e n t s r e l a t e t o o p e r a t i n g v a r i a b l ec o n t r o l o f l o a d s s u p p l i e d from AC o u r c e s .

    BACKGROUND[ 0 0 0 3 ] Many e l e c t r i c a l l y - o p e r a t e d s y s t e m s a n d d e v i c e sh a v e i n d u c t a n c e . Some n d u c t i v e d e v i c e s , s u c h a s DC d i r e c tc u r r e n t ) m o t o r s , a u t o m o t i v e i g n i t i o n s y s t e m s , a n d some l e ct r o m a g n e t s , c a n o p e r a t e When u p p l i e d W i t h a u n i d i r e c t i o n a lc u r r e n t . Some i n d u c t i v e d e v i c e s , s u c h as t r a n s f o r m e r s , AC( a l t e r n a t i n g c u r r e n t ) m o t o r s , a n d ? u o r e s c e n t l i g h t s , o p e r a t eWhen s u p p l i e d W i t h a b i d i r e c t i o n a l c u r r e n t .[ 0 0 0 4 ] I n g e n e r al , i n d u c t i v e e l e m e n t s can s t o r e energy i n am a g n e t i c ? e l d . T y p i c a l l y , t h e m a g n e t i c ? e l d s s u p p o r t e d b ya n e l e c t r i c c u r r e n t ?oWing t h r o u g h t h e i n d u c t i v e e l e m e n t .Inductance may e f u n c t i o n of h e c h a r a c t e r i s t i c s of magn e t i c ?ux p a t h . F o r e x a m p l e , i n d u c t an c e i n some e l e m e n t smay depend on a t e r i a l p r o p e r t i e s o f a c o r e ( e . g . , a i r , s t e e l ,and e r r i t e ) i n t h e ?ux p a t h , a n d / r a ?ux d e n s i t y s a t u r a t i o nl e v e l .[ 0 0 0 5 ] The amount o f e n e r g y s t o r e d i n a m a g n e t i c ? e l d o fan n d u c t i v e element can be a f u n c t i o n of h e inductance andt h e c u r r e n t . I n g e n e r a l , t h e amount o f e n e r g y s t o r e d i n t h emagnetic e l d i n c r e a s e s a s c u r r e n t i n c r e a s e s , and e c r e a s e s a st h e c u r r e n t d e c r e a s e s . A c c o r d i n g l y , When h e c u r r e n t t h r o u g ht h e i n d u c t i v e e l e m e n t i s Z e r o , t h e s t o r e d i n d u c t i v e e n e r g y i salso Z e r o .[ 0 0 0 6 ] One h a r a c t e r i s t i c of an d e a l i n d u c t o r i s t h a t a v o l ta g e a c r o s s t h e i n d u c t o r i s p r o p o r t i o n a l to i t s i n d u c t a n c e andt h e t i m e r a t e o f c h a n g e o f c u r r e n t . T h i s c o n c e p t may b er e p r e s e n t e d by a f o r m u l a a s : V I L d i / d t .[ 0 0 0 7 ] Under c e r t a i n c o n d i t i o n s , t h e e n e r g y s t o r e d i n ani n d u c t o r c a n g e n e r a t e o t e n t i a l l y u n c o n t r o l l e d a r g e v o l t a g e s .T h i s e f f e c t may e e f e r r e d to by t e r m s such a s r e v e r s e e l e ct r o m o t i v e f o r c e (REMF), ? y b a c k v o l t a g e , o r i n d u c t i v ek i c k . A s a n i l l u s t r a t i v e e x a m p l e , i f an i n d u c t o r i s b e i n gs u p p l i e d a c u r r e n t t h r o u g h a s W i t c h , a n d t h a t s W i t c h s r a p i d l yo p e n e d , t h e n t h e i n d u c t o r may a v e a r e l a t i v e l y l a r g e c h a n g eo f c u r r e n t ( l a r g e d i ) i n a r e l a t i v e l y s h o r t p e r i o d o f t i m e ( s m a l ld t ) . A s a consequence, t h e i n d u c t o r could g e n e r a t e a c o r r es p o n d i n g l y l a r g e v o l t a g e ( l a r g e V ) .[ 0 0 0 8 ] I n some p p l i c a t i o n s , t h e e n e r g y s t o r e d i n an n d u ct o r may e c a p a b l e o f e n e r a t i n g s u f ? c i e n t l y a r g e v o l t a g e s t odamage o r d e s tr o y , f o r e x a m p l e , a n u n p r o t e c t e d s W i t c h . I nsome s y s t e m s , s t o r e d i n d u c t i v e e n e r g y may be d i s s i p a t e d a sh e a t .

    SUMMARY[ 0 0 0 9 ] A p p a r a t u s and a s s o c i a t e d methods i n v o l v e a cont r o l l a b l e s u p p l y a d a p t e d f o r c o n t r o l l i n g s W i t c h p h a s i n g a n d

    J u n . 3 0 , 2 0 1 1

    p u l s e W i d t h o s u b s t a n t i a l l y e q u a l i z e p o W e r n a d j a c e n t q u a dr a n t s o f a s i n u s o i d a l s o u r c e v o l t a g e Waveform t o r e g u l a t er e a c t i v e poWer draWn from t h e s o u r c e . I n an i l l u s t r a t i v ee x a m p l e , t h e s u p p l y m a y , i n some e m b o d i m e n t s , d e l i v e rpoWer o a l o a d i n r e s p o n s e t o a commanded n p u t s i g n a l . I nsome e x a m p l e s , t h e poWer s u p p l i e d to t h e l o a d may b ea d j u s t e d a c c o r d i n g t o t h e command n p u t s i g n a l t o a s e l e c t e dv a l u e W i t h i n an p e r a t i n g r a n g e . I n some e x a m p l e s , t h e o p e ra t i n g r a n g e may n c l u d e a p o r t i o n o r l l of o 1 0 0% of a t e dl o a d . V a r i o u s e m b o d i m e n t s may e a d a p t e d t o s u p p l y u n i p ol a r o r b i p o l a r l o a d e x c i t a t i o n . I n some e m b o d i m e n t s , h i g hpoWer f a c t o r may e maintained over a s u b s t a n t i a l range ofcommanded poWer t o t h e l o a d . C e r t a i n embodiments maye n h a n c e s u p p l y e f ? c i en c y b y c a p t u r i n g a n d r e c y c l i n g i n d u ct i v e l o a d e n e r g y .[ 0 0 1 0 ] I n o n e e x e m p l a r y a s p e c t , a method o f managingr e a c t i v e p o W e r , t h e method n c l u d e s r e c t i f y i n g a s u b s t a n t i a l l ys i n u s o i d a l source voltage Waveform from a source t o a r e c t i? e d v o l t a g e n o d e , p r o v i d i n g a s W i t c h a r r a n g e d t o s e l e c t i v e l yc o u p l e t h e r e c t i ? e d v o l t a g e node o a l o a d and e t e r m i n i n g ap u l s e Width a l u e f o r t u r n i n g on h e s W i t c h to d e l i v e r a d e s i r e da v e r a g e poWer t o t h e l o a d . The method f u r t h e r i n c l u d e sr e c e i v i n g i n f o r m at i o n a b o u t r e l a t i v e poWer draWn f r o m t h es o u r c e d u r i n g a d j a c e n t q u a d r a n t s o f h e s o u r c e v o l t a g e Wavef o r m , d e t e r m i n i n g a s W i t c h t u r n on e l a y t i m e t o s u b s t a n t i a l l ye q u a l i Z e poWer b e t W e e n a d j a c e n t q u a d r a n t s o f t h e samep o l a r i t y , a n d , c o n t r o l l i n g t h e s W i t c h d u r i n g a t l e a s t t W o s u cc e s s i v e h a l f c y c l e s o f h e s o u r c e v o l t a g e Waveform c c o r d i n gt o t h e determined s W i t c h t u r n on d e l a y t i m e .[ 0 0 1 1 ] I n v a r i o u s e x a m p l e s , t h e method may f u r t h e ri n c l u d e c o n t r o l l i n g a r e v e r s e e l e c t r o m o t i v e f o r c e a s s o c i a t e dW i t h r a p i d t u r n o f f o f t h e s W i t c h , a n d c a p t u r i n g i n d u c t i v ee n e r g y s t o r e d i n t h e l o a d When h e s W i t c h d i s c o n n e c t s t h e l o a dfrom h e r e c t i ? e d v o l t a g e n o d e . I t may u r t h e r i n c l u d e retumi n g t h e c a p t u r e d e n e r g y t o t h e l o a d on s u b s e q u e n t h a l f c y c l eo f t h e s o u r c e v o l t a g e Waveform. I n some e x a m p l e s , t h emethod may i n c l u d e p r o v i d i n g a c a p a c i t o r a t t h e r e c t i ? e dv o l t a g e node o p r o v i d e a l e a d i n g p h a s e s h i f t t o t h e c u r r e n tdraWn from t h e s o u r c e . Determining a s W i t c h t u r n on d e l a yt i m e t o s u b s t a n t i a l l y e q u a l i Z e p o W e r b e t W e e n a d j a c e n t q u a dr a n t s o f t h e same p o l a r i t y may i n c l u d e d e t e r m i n i n g a d e l a yt i m e With e s p e c t t o a p e r i o d i c r e f e r e n c e p o i n t on h e s o u r c ev o l t a g e W a v e f o r m . The e r i o d i c r e f e r e n c e p o i n t may e a Z e r oc r o s s p o i n t , and may be a p o i n t a t Which t h e s o u r c e v o l t a g eWaveform s i n c r e a s i n g o r d e c r e a si n g . Some m p l e m e n t a t i o n sf u r t h e r i n c l u d e r e c e i v i n g a poWer command n p u t s i g n a l . Thes t e p o f d e t e r m i n i n g t h e p u l s e W i d t h v a l u e f o r t u r n i n g on h es W i t c h t o d e l i v e r t h e d e s i r e d a v e r a g e poWer t o t h e l o a d mayf u r t h e r i n c l u d e d e t e r m i n i n g a p u l s e W i d t h v a l u e i n a c c o r d a n c eW i t h t h e r e c e i v e d p o W e r command n p u t s i g n a l . C o n t r o l l i n gt h e s W i t c h d u r i n g a t l e a s t tWo s u c c e s s i v e h a l f c y c l e s o f t h es o u r c e v o l t a g e Waveform c c o r d i n g t o t h e d e t e r m i n e d s W i t c ht u r n on e l a y t i m e may u r t h e r i n c l u d e c o n t r o l l i n g t h e s W i t c ha c c o r d i n g t o t h e d e t e r m i n e d p u l s e W i d t h v a l u e .[ 0 0 1 2 ] C e r t a i n embodiments may p r o v i d e one o r morea d v a n t a g e s . F o r e x a m p l e , some embodiments may r o v i d e a ne f ? c i e n c y g a i n When e p l a c i n g a n e x i s t i n g i n t e r f a c e b e t W e e na l o a d and t i l i t y f e e d i n e . F o r e x a m p l e , v a r i o u s implement a t i o n s may compensate f o r more t h a n t h e added s W i t c h l o s sb y a n y o r a l l o f t h e f o l l o W i n g : ( i ) r e c a p t u r e a n d r e c y c l i n g o fi n d u c t i v e e n e r g y s t o r e d i n t h e l o a d ( e . g . , ? y b a c k c a p t u r ep r o c e s s ) ; ( i i ) r e d u c e d l t e r i n g i n s e r t i o n l o s s b y e l i m i n a t i o n o fh i g h f r e q u e nc y ? l t e r c o m p o n e n t s t o a t t e n u a t e h i g h f r e q u e n c ys W i t c h i n g s y s t e m s ; ( i i i ) r e d u c e d u t i l i t y r a t e s f r o m manage

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    ment f r e a c t i v e power o n s u m p t i o n ; o r , ( i v ) smooth o n t r o lo f l o a d power i t h i n a Wide o n t r o l r a n g e ( e . g . , d i m m a b i l i t yf o r l i g h t i n g , o r a d j u s t a b l e s p e e d f o r m a c h i n e s ) a s n e e d e d toconserve energy.[ 0 0 1 3 ] Some m p l e m e n t a t i o n s may c h i e v e h i g h f ? c i e n c y ,h i g h p o W e r f a c t o r ( e . g . , a b o v e 0 . 9 ) , a n d p o W e r r e g u l a t i o nW i t h i n a Wide o n t r o l r a n g e f o r a v a r i e t y o f l o a d s . Exemplaryl o a d s t h a t may e s u p p l i e d b y v a r i o u s e m b o d i m e n t s i n c l u d e ,b u t a r e n o t l i m i t e d t o , s i n g l e p h a s e i n d u c t i o n m a c h i n e s( a m o n g o t h e r m a c h i n e t y p e s ) , HID i g h t s W i t h p o W e r - r e g ul a t e d b a l l a s t s , a n d b a t t e r y c h a r g e r s f o r t e l e c o m m u n i c a t i o na p p l i c a t i o n s , f o r e x a m p l e . Some e x a m p l e s may p r o v i d e ah i g h l y c o n t r o l l a b l e , h i g h p o W e r f a c t o r , l o W l o s s , e l e c t r o m a gn e t i c a l l y q u i e t , r o b u s t , a n d u n i v e r s a l s u p p l y m o d u l e c a p a b l eo f s u p p l y i n g r e g u l a t e d poWer o a Wide a n g e o f AC nd DCl o a d t y p e s .[ 0 0 1 4 ] The d e t a i l s o f v a r i o u s embodiments a r e set f o r t h i nt h e a c c o m p a n y i n g d r a W i n g s a n d t h e d e s c r i p t i o n b e l o W . O t h e rf e a t u r e s a n d a d v a n t a g e s W i l l b e a p p a r e n t f r o m t h e d es c r i p t i o na n d d r a W i n g s , a n d f r o m t h e c l a i m s .

    DESCRIPTION OF DRAWINGS[ 0 0 1 5 ] F I G . 1 shoWs a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n of ane x e m p l a r y e n e r g y p r o c e s s i n g module i t h a poWer s t a g e tos u p p l y e n e r g y from a DC n p u t t o a DC n d u c t i v e l o a d .[ 0 0 1 6 ] F I G . 2 shoWs a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n of ane x e m p l a r y poWer t a g e t o s u p p l y e n e r g y from DC n p u t t o aDC n d u c t i v e l o a d .[ 0 0 1 7 ] F I G . 3 s h o W s l o t s o f e x e m p l a r y v o l t a g e a n d c u r r e n tWaveforms t o i l l u s t r a t e o p e r a t i o n o f t h e poWer s t a g e s o fFIGS. 1 - 2 .[ 0 0 1 8 ] F I G . 4 shoWs a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n of ane x e m p l a r y poWer t a g e to s u p p l y e n e r g y from DC n p u t t o aDC n d u c t i v e l o a d .[ 0 0 1 9 ] F I G . 5 shoWs a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n of ane x e m p l a r y p a i r o f poWer s t a g e s t o s u p p l y e n e r g y f r o m a DCi n p u t t o an AC n d u c t i v e l o a d .[ 0 0 2 0 ] F I G . 6 shoWs a b l o c k d i a g r a m r e p r e s e n t a t i o n o f ane x e m p l a r y e n e r g y p r o c e s s i n g s y s t e m t h a t u s e s t h e poWers t a g e s of I G . 5 t o s u p p l y e n e r g y from anAC n p u t t o an ACi n d u c t i v e l o a d .[ 0 0 2 1 ] F I G . 7 shoWs a ?owch art of an exemplary p r o c e s sf o r c o n t r o l l i n g t h e e n e r g y p r o c e s s i n g s y s t e m o f I G . 6 to d r a WloW e a c t i v e poWer from h e AC ource over a range of regul a t e d poWer o t h e l o a d .[ 0 0 2 2 ] F I G . 8 shoWs a n e x e m p l a r y c o n t r o l l a b l e u n i v e r s a ls u p p l y con?gured to manage e a c t i v e poWer draWn from anAC t i l i t y s o u r c e .[ 0 0 2 3 ] F I G . 9 s h o W s e x e m p l a r y l o a d s f o r ( a ) a h i g h i n t e ns i t y d i s c h a r g e ( H I D ) l i g h t i n g a p p l i c a t i o n , a n d ( b ) i n d u c t i o nm a c h i n e a p p l i c a t i o n s , c o n ? g u r e d t o r e c e i v e poWer f r o m t h es u p p l y o f F I G . 8 .[ 0 0 2 4 ] F I G . 1 0 s h o W s a n e x e m p l a r y r e c t i ? e r l o a d con?gu r e d t o c o n n e c t t o r e c e i v e poWer from t h e s u p p l y o f F I G . 8 ,a n d to s u p p l y poWer o a n i n d u s t r i a l b a t t e r y c h a r g e r .[ 0 0 2 5 ] FIG. 1 1 shoWs an ex emplary set of l e c t r i c a l Wavef o r m s i l l u s t r a t i n g p e r f o r m a n c e o f a n e x p e r i m e n t a l HID i g h tl o a d a s d i s c u s s e d W i t h r e f e r e n c e to F I G . 9 ( a ) When s u p p l i e dby h e s u p p l y o f F I G . 8 o v e r a r a n g e o f poWer e v e l s and s i n gt h e p r o c e s s o f F I G . 7 .

    J u n . 3 0 , 2 0 1 1

    [ 0 0 2 6 ] L i k e r e f e r e n c e s y m b o l s i n t h e v a r i o u s d r a W i n g si n d i c a t e l i k e e l e m e n t s .

    DETAILED DESCRIPTIONOF ILLUSTRATIVEEXAMPLES

    [ 0 0 2 7 ] F I G . 1 shoWs a n e x e m p l a r y s y s t e m 1 0 0 i n Whiche n e r g y may be s u p p l i e d t o i n d u c t i v e a n d / o r r e s i s t i v e l o a d s a ta c o n t r o l l a b l e r a t e W i t h h i g h e ? i c i e n c y a n d l o W e l e c t r o m a gn e t i c n o i s e . The s y s t e m 100 o f t h i s example i n c l u d e s a ne n e r g y p r o c e s si n g module 105 t h a t r e c e i v e s e n e r g y a t ani n p u t , p r o c e s s e s t h e e n e r g y , and d e l i v e r s u n i d i r e c t i o n a l c u rr e n t t o supply energy t o a l o a d connected at an o u t p u t . Themodule 105 i n c l u d e s a poWer s t a g e 110 t h a t o p e r a t e s i nr e s p o n s e t o c o n t r o l s i g n a l s from a c o n t r o l l e r 1 1 5 . I n o p e r at i o n , t h e c o n t r o l l e r 1 1 5 c o n t r o l s t h e o p e r a t i n g s t a t e s o fs W i t c h e s i n t h e poWer s t a g e 110 a c c o r d i n g t o a s e q u e n c e o fo p e r a t i n g s t a t e s t h a t m a y , f o r e x a m p l e , b e r e p e a t e d i n a c y c l ic a l p a t t e r n . I n a n e x e m p l a r y c y c l e o f o p e r a t i o n , t h e c o n t r o l l e r115 g e n e r a t e s a sequence of p e r a t i n g states t h a t c a u s e t h epoWer t a g e 110 o s t o r e energy from poWer source 120 i n t oan i n d u c t i v e load 1 2 5 , c o n t r o l a r e v e r s e e l e c t r o m o t i v e f o r c e(REMF) t h a t may d e v e l o p When t h e i n d u c t i v e l o a d 1 2 5 i sd i s c o n n e c t e d from h e s o u r c e 1 2 0 , d i s c h a r g e i n d u c t i v e e n e r g yfrom t h e l o a d i n t o a c a p a c i t a n c e , and t h e n d i s c h a r g e t h ec a p a c i t a n c e t o s t o r e energy back i n t o t h e l o a d 125 on a s u bs e q u e n t c y c l e . I n v a r i o u s e m b o d i m e n t s , t h e p o W e r s t a g e 1 1 0may d e l i v e r s u b s t a n t i a l l y u n i d i r e c t i o n a l c u r r e n t How t o t h el o a d 1 2 5 . Some e m b o d i m e n t s may c o m p l e t e l y d i s c h a r g es t o r e d i n d u c t i v e e n e r g y f r o m t h e l o a d 1 2 5 d u r i n g e a c h c y c l e .[ 0 0 2 8 ] One e x e m p l a r y c y c l e o f o p e r a t i o n o f t h e p o W e rs t a g e 110 i n c l u d e s a sequence of p e r a t i n g states a s i n d i c a t e db y a r r o W s A , B , C , D . F o r e x a m p l e , t h e p r o c e s s i n g m o d u l e105 may draW c u r r e n t from t h e poWer s o u r c e 120 d u r i n g as t a t e B f a c y c l e , W h i l e t h e poWer t a g e 1 1 0 may r o v i d e f o ru n i d i r e c t i o n a l c u r r e n t ?oW t h r o u g h t h e l o a d 1 2 5 ( e . g . , DC( d i r e c t c u r r e n t ) m o t o r ) d u r i n g s t a t e s A , B , C , a n d D o f t h ec y c l e . I n some a p p l i c a t i o n s , a d d i t i o n a l Work may b e p e rf o r m e d d u r i n g s t a t e s A , C , and D When n o poWer s b e i n gdraWn from t h e poWer s o u r c e 1 2 0 . Examples o f v o l t a g e andc u r r e n t Waveforms a s s o c i a t e d With some embodiments of h epoWer t a g e 110 a r e d e s c r i b e d i n f u r t h e r d e t a i l W i t h r e f e r e n c et o FIG. 3 and FIG. .[ 0 0 2 9 ] I n t h e d e p i c t e d e x a m p l e , t h e p o W e r s t a g e 1 1 0i n c l u d e s a p a i r o f i n p u t s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 b , Which may eo p e r a t e d , i n some e m b o d i m e n t s , a s a d o u b l e - p o l e s i n g l et h r o W s W i t c h . Some t h e r e m b o d i m e n t s ( n o t s h o W n ) may ec o n ? g u r e d t o o p e r a t e W i t h o n l y o n e o f t h e i n p u t s W i t c h e s1 3 0 a , 1 3 0 1 ) . The n p u t s W i t c h 1 3 0 a c o n n e c t s betWeen n i n p u tnode 1 3 5 and an o u t p u t node 1 4 0 . The o l t a g e s o f t h e n o d e s1 3 5 , 1 4 0 may e r e f e r r e d t o h e r e i n as V i n , V o u t , r e s p e c t i v e l y .A f t e r t h e i n p u t s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 1 ) a r e t u r n e d o n , an i n p u tc u r r e n t ( I i n ) s u p p l i e d from h e poWer o u r c e 120 may How ot h e i n p u t n o d e 1 3 5 , a n d t h r o u g h t h e i n p u t s W i t c h 1 3 0 1 1 t o t h eo u t p u t node 1 4 0 . A n o u t p u t c u r r e n t ( I o u t ) ?oWs f r o m t h eo u t p u t n o d e 1 4 0 , t h r o u g h t h e l o a d 1 2 5 , a n d r e t u r n s t h r o u g h ar e t u r n node 145 and h e i n p u t s w i t c h 1 3 0 ) t o t h e poWer o u r c e1 2 0 . As W i l l be d e s c r i b e d b e l o W , t h e c u r r e n t I i n from t h epoWer o u r c e 120 may e g i n t o H ow some i m e a f t e r t h e i n p u ts W i t c h e s 130a, 1 3 0 1 ) a r e turned o n .[ 0 0 3 0 ] The poWer s t a g e 110 f u r t h e r i n c l u d e s a t r a n s i t i o n a lc i r c u i t 150 Which may e o p e r a t e d t o p r o v i d e a c u r r e n t ?oWpath f o r t h e c u r r e n t I o u t s o a s t o c o n t r o l an amplitude of aREMF h a t may e g e n e r a t e d When h e i n p u t s W i t c h e s 1 3 0 a ,1 3 0 1 ) open and r a p i d l y d i s c o n n e c t t h e o u t p u t c u r r e n t I o u t

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    from h e i n p u t c u r r e n t I i n . As u c h , t h e t r a n s i t i o n a l c i r c u i t 1 5 0may u b s t a n t i a l l y p r o t e c t t h e i n p u t s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 1 ) f r o me x p o s u r e t o p o t e n t i a ll y d e s tr u c t i v e REMF o l t a g e s . I n t h ed e p i c t e d e x a m p l e , t h e t r a n s i t i o n a l c i r c u i t 1 5 0 i n c l u d e s a u n id i r e c t i o n a l c u r r e n t e l e m e n t e . g . , d i o d e ) 155 n s e r i e s c o n n e ct i o n With a v o l t a g e l i m i t e r element 160 and a t r a n s i t i o n a ls W i t c h 1 6 5 . Exemplary embodiments o f t h e t r a n s i t i o n a l c i rc u i t 150 a r e d e s c r i b e d i n f u r t h e r d e t a i l , f o r e x a m p l e , W i t hr e f e r e n c e t o FIGS. 2 and - 9 .[ 0 0 3 1 ] The poWer t a g e 1 1 0 a l s o i n c l u d e s an n e r g y c a p t u r ec i r c u i t 1 7 0 c o n n e c t e d s u b s t a n t i a l l y i n e l e c t r i c a l p a r a l l e l W i t ht h e l o a d 1 2 5 and t h e t r a n s i t i o n a l c i r c u i t 1 5 0 . I n t h e d e p i c t e de x a m p l e , t h e e n e r g y c a p t u r e c i r c u i t 170 i n c l u d e s an e n e r g yc a p t u r e s W i t c h 1 7 5 i n s e r i e s c o n n e c t i o n W i t h a c a p a c i t o r 180and a u n i d i r e c t i o n a l c u r r e n t e l e m e n t ( e . g . , d i o d e ) 1 8 5 . Whent h e e n e r g y c a p t u r e s W i t c h 175 s t u r n e d o n , t h e o u t p u t c u r r e n tI o u t can ?oW from t h e r e t u r n node 145 to t h e o u t p u t nodet h r o u g h t h e c a p a c i to r 1 8 0 . A c c o r d i n g l y , i n d u c t i v e e n e r g y i nt h e l o a d 125 s t r a n s f e r r e d to s t o r e d c h a r g e on t h e c a p a c i t o r1 8 0 . The ate a t Which u t p u t c u r r e n t I o u t f a l l s depends s u bs t a n t i a l l y on c a p a c i t a n c e v a l u e o f t h e c a p a c i t o r 1 8 0 . A s ones k i l l e d i n t h e a r t W i l l a p p r e c i a t e , i n c r e a s i n g t h e c a p a c i t a n c ev a l u e may e s u l t i n a l o n g e r time o r t h e I o u t t o r e s e t t o Z e r o .I n v a r i o u s e m b o d i m e n t s , t h e c a p a c i t a n c e v a l u e o f t h e c a p a c it o r 180 may be s e l e c t e d o r d y n a m i c a l l y a d j u s t e d to r e s e t t h eo u t p u t c u r r e n t I o u t to Z e r o b e f o r e t h e n e x t o p e r a t i n g c y c l e .A f t e r t h e o u t p u t c u r r e n t I o u t r e s e ts t o Z e r o , t h e u n i d i r e c t i o n alc u r r e n t e l e m e n t 1 8 5 s u b s t a n t i a l l y p r e v e n t s I o u t c u r r e n t from?oWing i n t h e o p p o s i t e d i r e c t i o n . As s u c h , r e s o n a n c e s o ro s c i l l a t o r y c u r r e n t s may b e s u b s t a n t i a l l y p r e v e n t e d W i t hr e s p e c t t h e o u t p u t node 1 4 0 o f t h e poWer s t a g e 1 1 0 .[ 0 0 3 2 ] F i n a l l y , t h e d e p i c t e d p o W e r s t a g e 1 1 0 i n c l u d e sd i o d e s 1 9 0 a , 1 9 0 1 ) t o r e t u r n c a p t u r e d e n e r g y f r o m t h e c a p a c it o r 1 8 0 t o t h e i n p u t n o d e 1 3 5 . D u r i n g s t e a d y - s t a t e o p e r a t i o n ,f o r e x a m p l e , t h e c a p a c i t o r 1 8 0 s u p p l i e s t h e c a p t u r e d e n e r g yt h r o u g h t h e d i o d e s 1 9 0 a , 1 9 0 1 ) and a c k t o t h e l o a d 1 2 5 Whent h e i n p u t s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 1 ) a r e t u r n e d o n . I n t h i s e x a m p l e ,a b l o c k i n g d i o d e 1 9 5 s u b s t a n t i a l l y p r e v e n t s t h e c a p t u r e de n e r g y from ?oWing back t o t h e poWer s o u r c e 1 2 0 . T h i se n e r g y r e c o v e r y may d v a n t a g e o u s l y i m p r o v e e ? i c i e n c y , f o re x a m p l e , i n a p p l i c a t i o n s i n W h i c h s u b s t a n t i a l i n d u c t i v ee n e r g y can be e c o v e r e d from h e l o a d and e - s u p p l i e d t o t h el o a d on a s u b s e q u e n t o p e r a t i n g c y c l e .[ 0 0 3 3 ] I n v a r i o u s a p p l i c a t i o n s , t h e c o n t r o l l e r 1 1 5 may e ne r a t e one r more o n t r o l s i g n a l s t o c o n t r o l t h e s W i t c h e s 130a,1 3 0 b , 1 6 5 , a n d 1 7 5 d u r i n g a n e x e m p l a r y c y c l e o f o p e r a t i o n .T o a i d u n d e r s t a n d i n g o f a n e x e m p l a r y o p e r a t i o n o f t h e poWers t a g e 1 1 0 , t i m e p e r i o d i n d i c a t o r s A , B , C , D r e shoWn onF I G . 1 t o i n d i c a t e c u r r e n t ?oWs a t s u c c e s s i v e t i m e p e r i o d sW i t h i n a t y p i c a l c y c l e o f o p e r a t i o n . E x e m p l a r y v o l t a g e a n dc u r r e n t W a v e f o r m s d u r i n g e a c h o f t h e i n d i c a t e d t i m e p e r i o d sa r e d e s c r i b e d i n fu r t h e r d e t a i l With e f e r e n c e t o FIG. .[ 0 0 3 4 ] I n t h e e x a m p l e d e p i c t e d i n F I G . 1 , a n e x e m p l a r yc y c l e o f o p e r a t i o n b e g i n s W i t h a t i m e p e r i o d A . A t t h e b e g i nn i n g o f t h e t i m e p e r i o d A , t h e c a p a c i t o r 1 8 0 may e c h a r g e dW i t h e n e r g y c a p t u r e d f r o m p r e v i o u s o p e r a t i n g c y c l e . D u r i n gt h e t i m e p e r i o d A , t h e i n p u t s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 1 ) a r e t u r n e do n , a n d t h e c a p a c i t o r 1 8 0 may d i s c h a r g e i t s s t o r e d e n e r g yt h r o u g h t h e d i o d e s 1 9 0 a , 1 9 0 b , t h e s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 b , a n dt h e l o a d 1 2 5 . D u r i n g t h e t i m e p e r i o d A , e n e r g y t h a t i s d e l i ve r e d o t h e l o a d 1 2 5 i s draWn u b s t a n t i a l l y f r o m t h e c a p a c i t o r1 8 0 . The t i m e p e r i o d A may e n d , f o r e x a m p l e , When t h ec a p a c i t o r 180 d i s c h a r g e s to a p o i n t t h a t t h e d i o d e 195 s nol o n g e r r e v e r s e b i a s e d .

    J u n . 3 0 , 2 0 1 1

    [ 0 0 3 5 ] A t t h e b e g i n n i n g o f t h e t i m e p e r i o d B , t h e i n p u ts W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 1 ) remain u r n e d o n , and h e poWer o u r c e1 2 0 d r i v e s c u r r e n t t h r o u g h t h e d i o d e 1 9 5 , t h e s W i t c h e s 1 3 0 a ,1 3 0 b , a n d t h e l o a d 1 2 5 . A l t h o u g h v a r i o u s e m b o d i m e n t s h a v ebeen d e s c r i b e d W i t h r e f e r e n c e to t h e ? g u r e s , o t h e r embodiments a r e p o s s i b l e . F o r e x a m p l e , t h i s document d e s c r i b e se x e m p l a r y s y s t e m s f o r neW e l e c t r i c m a c h i n e s and r e l a t e da p p a r a t u s a n d m e t h o d s f o r s u p p l y i n g a n d / o r g e n e r a t i n g e l e ct r i c a l e x c i t a t i o n u s i n g embodiments o f t h e neW e l e c t r i c a lm a c h i n e s y s t e m s . V a r i o u s e x e m p l a r y s y s t e m s i n c l u d e s W i t c hi n g m o d u l e s . F o r l l p u r p o s e s , i n c l u d i n g f o r e x a m p l e i t s d i sc l o s u r e o f e x e m p l a r y s W i t c h i n g modules as d e s c r i b e d W i t hr e f e r e n c e t o F I G S . 1 - 4 , t h i s d o c u m e n t i n c o r p o r a t e s b y r e f e rence t h e e n t i r e c o n t e n t s of Us. a t . No. 7 , 6 0 2 , 1 5 7 t o Babc o c k , e t a l . , e n t i t l e d S u p p l y A r c h i t e c t u r e f o r I n d u c t i v eL o a d s . [ 0 0 3 6 ] Some d i s c l o s e d embodiments i n c l u d e s W i t c h modu l e s i n c o m b i n a t i o n W i t h t r a n s f o r m e r s . F o r a l l p u r p o s e s ,i n c l u d i n g f o r e x a m p l e i t s d i s c l o s u r e o f AC o p e r a t i o n asd e s c r i b e d W i t h r e f e r e n c e t o F I G . 3 A , t h i s document n c o r p or a t e s by r e f e r e n c e t h e e n t i r e c o n t e n t s o f Us. P u b l . 2 0 0 9 /0073726 o B a b c o c k , e t a l . , e n t i t l e d C u r r e n t Waveform Cons t r u c t i o n t o Generate AC PoWer With LoW HarmonicD i s t o r t i o n from L o c a l i Z e d[ 0 0 3 7 ] D u r i n g t h e t i m e p e r i o d B , e n e r g y t h a t i s d e l i v e r e d ot h e l o a d 125 i s draWn s u b s t a n t i a l l y from t h e poWer s o u r c e1 2 0 . The t i m e p e r i o d B may e n d , f o r e x a m p l e , When t h eo n - t i m e o f h e i n p u t s W i t c h e s 1 3 0 , 1 3 0 1 9 c o r r e s p o n d s t o a d u t yc y c l e e t b y t h e c o n t r o l l e r 1 1 5 , o r When h e o u t p u t c u r r e n t I o u tr e a c h e s a t h r e s h o l d v a l u e . At h e end f h e t i m e p e r i o d B , t h ec o n t r o l l e r 1 1 5 may command h e i n p u t s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 1 )t o t r a n s i t i o n t o an o f f e . g . , n o n - c o n d u c t i n g ) s t a t e .[ 0 0 3 8 ] P r i o r to t h e e n d o f t h e p e r i o d B , t h e c o n t r o l l e r 1 1 5may e n e r a t e a command o t u r n on t h e t r a n s i t i o n a l sWitch1 6 5 t o m i n i m i Z e d e l a y i n a l l o W i n g t h e o u t p u t c u r r e n t I o u t t oHow h r o u g h t h e t r a n s i t i o n a l c i r c u i t 1 5 0 . At h e b e g i n n i n g o ft h e t i m e p e r i o d C , t h e l o a d g e n e r a t e s t h e REMF o l t a g e i nr e s p o n s e o t h e o p e n i n g o f h e i n p u t s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 1 ) . TheREMF o l t a g e may f o r W a r d b i a s t h e u n i d i r e c t i o n a l c u r r e n te l e m e n t 1 5 5 , s u c h t h a t t h e o u t p u t c u r r e n t I o u t ?oWs s u b s t a nt i a l l y t h r o u g h t h e t r a n s i t i o n c i r c u i t 1 5 0 . T h e v o l t a g e l i m i t e r1 6 0 may p e r a t e o s u b s t a n t i a l l y c o n t r o l ( e . g . , l i m i t , c l a m p , o rt h e l i k e ) t h e REMF o l t a g e t o a v a l u e t h a t , f o r e x a m p l e , i ss u b s t a n t i a l l y W i t h i n t h e v o l t a g e r a t i n g s o f a n y d e v i c e s t h a tc o u l d b e e x p o s e d t o t h e REMF o l t a g e . D u r i n g t h e t i m ep e r i o d C , some n d u c t i v e e n e r g y may be r a n s f e r r e d from h el o a d 1 2 5 t o t h e v o l t a g e l i m i t e r 1 6 0 . I n v a r i o u s e m b o d i m e n t s ,t h e t i m e p e r i o d C may e s u f ? c i e n t l y s h o r t i n d u r a t i o n t h a t t h eamount o f e n e r g y t r a n s f e r r e d to t h e v o l t a g e l i m i t e r i s r e l at i v e l y s m a l l a n d c a n b e , f o r e x a m p l e , d i s s i p a t e d as h e a t ( e . g . ,i n a e s i s t o r ) W i t h o u t s i g n i ? c a n t l y r e d u c i n g o v e r a l l e ? i c i e n c y .I n some embodiments, t h e c o n t r o l l e r 115 may e n e r a t e as i g n a l to t u r n on t h e energy c a p t u r e s W i t c h 175 b e f o r e o rd u r i n g t h e t i m e p e r i o d C . As t h e e n e r g y c a p t u r e s W i t c h 1 7 5t u r n s on and becomes c a p a b l e o f c o n d u c t i n g t h e o u t p u t c u rr e n t I o u t , t h e t i m e p e r i o d C may o n c l u d e , a n d t h e c o n t r o l l e r115 may e n e r a t e a s i g n a l t o t u r n o f f t h e t r a n s i t i o n a l s W i t c h1 6 5 .[ 0 0 3 9 ] A t t h e b e g i n n i n g o f t h e t i m e p e r i o d D , t h e o u t p u tc u r r e n t I o u t ?oWs s u b s t a n t i a l l y t h r o u g h t h e e n e r g y c a p t u r es W i t c h 1 7 5 , t h e c a p a c i t o r 1 8 0 , a n d t h e u n i d i r e c t i o n a l c u r r e n te l e m e n t 1 8 5 . As s u c h , s t o r e d i n d u c t i v e l o a d e n e r g y , Which ss u p p o r t e d b y t h e o u t p u t c u r r e n t I o u t , g e t s t r a n s f e r r e d t o t h ec a p a c i t o r 1 8 0 d u r i n g t h e t i m e p e r i o d D . T h e t i m e p e r i o d D

  • 8/12/2019 Patent - Paul Babcock

    17/25

    US 011/0157942 A 1

    may e n d , f o r e x a m p l e , a f t e r t h e o u t p u t c u r r e n t I o u t f a l l s toZ e r o . Upon e t e c t i n g t h a t t h e o u t p u t c u r r e n t I o u t h a s r e s e t t oZ e r o , o r a f t e r allowing a time s u f ? c i e n t t o ensure t h e o u t p u tc u r r e n t I o u t i s s u b s t a n t i a l l y r e s e t , t h e c o n t r o l l e r 1 1 5 mayg e n e r a t e a s i g n a l t o t u r n o f f th e e n e r g y c a p t u r e s W i t c h 1 7 5 .[ 0 0 4 0 ] F o l l o W i n g t h e t i m e p e r i o d D , t h e r e may e , i n somee m b o d i m e n t s , a n a d d i t i o n a l p e r i o d o f t i m e from h e end f h et i m e p e r i o d D n t i l t h e e n d o f t h e o p e r a t i n g c y c l e . I n somea p p l i c a t i o n s , f o r e x a m p l e , t h e v o l t a g e l i m i t e r 1 6 0 may b ed i s c h a r g i n g a c a p a c i t o r i n t o a r e s i s t o r o r t h r o u g h a s W i t c h ( n o ts h o W n ) d u r i n g t h i s a d d i t i o n a l t i m e p e r i o d . I n v a r i o u s a p p l ic a t i o n s , a m o t o r may b e c o a s t i n g , f o r e x a m p l e , d u r i n g t h i sp e r i o d .[ 0 0 4 1] I n v a r i o u s e x a m p l e s , t h e c o n t r o l l e r 1 1 5 may i m e t h eo p e r a t i o n o f some r l l o f t h e s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 b , 1 6 5 , and1 7 5 d u r i n g a n e x e m p l a r y o p e r a t i n g c y c l e a s f o l l o W s . Thet r a n s i t i o n a l s W i t c h 165 may be u r n e d on r i o r to t u r n i n g o f ft h e i n p u t s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 1 ) . The d i o d e 1 5 5 may s u b s t a nt i a l l y b l o c k c u r r e n t ?oW t h r o u g h t h e t r a n s i t i o n a l c i r c u i t 1 5 0u n t i l t h e o u t p u t c u r r e n t I o u t sta r t s t o d e c r e a s e and a REMFv o l t a g e i s g e n e r a t e d b y t h e l o a d 1 2 5 . T h e t r a n s i t i o n a l c i r c u i t1 6 5 may e t u r n e d on a r l y enough o s u b s t a n t i a l l y m i n i m i Z ea d e l a y t i m e f o r t h e o u t p u t c u r r e n t I o u t t o s t a r t ?oWingt h r o u g h t h e t r a n s i t i o n a l c i r c u i t 1 5 0 . The e n e r g y c a p t u r esWitch 175 may e turned on t any one of number of i m e s ,Which may e e f o r e , at t h e same i m e , o r a f t e r t h e t r a n s i t i o n a ls W i t c h 165 i s t u r n e d o n . A s t h e e n e r g y c a p t u r e s W i t c h 175s t a r t s to c o n d u c t a s u b s t a n t i a l p o r t i o n o f t h e c u r r e n t I o u t , t h et r a n s i t i o n a l s W i t c h 165 may be t u r n e d o f f .[ 0 0 4 2 ] I n a n o t h e r e m b o d i m e n t ( n o t s h o W n ) , t h e p o W e rs t a g e 1 1 0 may p e r a t e s u b s t a n t i a l l y W i t h o u t a n a c t i v e l y cont r o l l e d t r a n s i t i o n c i r c u i t , s u c h a s t h e t r a n s i t i o n c i r c u i t 1 5 0 . I ns u c h e m b o d i m e n t s , t h e e n e r g y c a p t u r e s W i t c h 1 7 5 may b et u r n e d on h i l e t h e i n p u t s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 1 ) a r e c o n d u c t i n gt h e o u t p u t c u r r e n t I o u t . The u n i d i r e c t i o n a l c u r r e n t e l e m e n t185 m a y be e v e r s e b i a s e d u n t i l t h e o u t p u t c u r r e n t I o u t s t a r t st o d e c r e a s e , a t Which o i n t t h e REMF o l t a g e may f o r W a r db i a s t h e u n i d i r e c t i o n a l c u r r e n t e l e m e n t 185 s u c h t h a t t h eo u t p u t c u r r e n t I o u t Would t a r t to How t h r o u g h t h e e n e r g yc a p t u r e c i r c u i t 1 7 0 . I n v a r i o u s e x a m p l e s , p a s s i v e v o l t a g ec l a m p i n g c i r c u i t r y , e x a m p l e s o f W h i c h a r e d e s c r i b e d W i t hr e f e r e n c e t o F I G S . 2 and 8 - 9 , c o u l d o p t i o n a l l y b e u s e d toc o n t r o l a REMF o l t a g e a m p l i t u d e , f o r e x a m p l e , i n t h e v o l ta g e l i m i t e r 1 6 0 . I n some embodiments, h e t r a n s i t i o n a l s W i t c h1 6 5 may e t u r n e d on o n t i n u o u sl y d u r i n g n o r m a l o p e r a t i o n ,o r r e p l a c e d W i t h a s h o r t c i r c u i t , f o r e x a m p l e . I n some embodim e n t s , t h e t r a n s i t i o n a l s W i t c h 165 may e t u r n e d on d u r i n gp a r t o r a l l o f t h e t i m e p e r i o d s A n d / r B , f o r e x a m p l e .[ 0 0 4 3 ] When t h e i n p u t s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 1 o p e n , i n d u ct a n c e i n t h e load 125 may e n e r a t e a r e v e r s e e l e c t r o m o t i v ef o r c e (REMF), W h i c h , i n g e n e r a l , may e c o n s i d e r e d t o r e pr e s e n t a v o l t a g e W i t h an a m p l i t u d e t h a t c o r r e s p o n d s to t h et i m e a t e o f c h a n g e o f h e l o a d c u r r e n t ( e . g . , d I o u t / d t ) . Reduci n g I o u t to Z e r o v e r y r a p i d l y , f o r e x a m p l e , may g e n e r a t e as u b s t a n t i a l REMF o l t a g e i n t h e i n d u c t i v e l o a d 1 2 5 .[ 0 0 4 4 ] F a s t t r a n s i e n t v o l t a g e s a s s o c i a t e d W i t h a l a r g eREMF o u l d g e n e r a t e , f o r e x a m p l e , s u b s t a n t i a l r a d i a t e d a n d /o r c o n d u c t e d e l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o n e . g . , r a d i o f r e q u e n c yn o i s e ) . G e n e r a l l y , s y s t e m s t h a t g e n e r a t e s u c h n o i s e e n e r g ymay e m p l o y s h i e l d i n g a n d / o r ? l t e r i n g , W h i c h may r e d u c ee f ? c i e n c y and n c r e a s e t h e c o s t , volume a n d / r W e i g h t o f t h es y s t e m .[ 0 0 4 5 ] M o r e o v e r , l a r g e REMF o l t a g e s may i m p a r t s u bs t a n t i a l v o l t a g e s t r e s s to c o m p o n e n t s , s u c h a s s W i t c h e s ,

    J u n . 3 0 , 2 0 1 1

    d i o d e s , c a p a c i t o r s , a n d r a n s i s t o r s . I n some x a m p l e s , a s i n g l ep u l s e o f a l a r g e REMF o l t a g e c a n s u b s t a n t i a l l y damage o rd e s t r o y a s e m i c o n d u c t o r d e v i c e , f o r e x a m p l e , b y e x c e e d i n gt h e d e v i c e s v o l t a g e r a t i n g .[ 0 0 4 6 ] The poWer s t a g e 1 1 0 p r o v i d e s a c a p a b i l i t y f o r r a pi d l y s W i t c h i n g c u r r e n t s u p p l i e d t o an i n d u c t i v e l o a d . I n onea s p e c t , t h e poWer t a g e 110 i n c l u d e s a t r a n s i t i o n a l c i r c u i t 150i n p a r a l l e l W i t h t h e l o a d 1 2 5 . I n some e m b o d i m e n t s , t h et r a n s i t i o n a l c i r c u i t 1 5 0 may r o v i d e a p a t h f o r t h e l o a d c u r r e n tI o u t t o How o t h a t d I o u t / d t i s c o n t r o l l e d d u r i n g a b r i e f t r a ns i t i o n p e r i o d f t e r t h e i n p u t s W i t c h 1 3 0 o p e n s . C o n t r o l l i n g t h ed I o u t / d t f o r t h e i n d u c t i v e l o a d 1 2 5 may s u b s t a n t i a l l y r e d u c et h e REMF o l t a g e . At s u f ? c i e n t l y s m a l l v a l u e s o f REMFv o l t a g e , f o r e x a m p l e , t h e a s s o c i a t e d t r a n s i e n t e n e r g y may ei n s u f ? c i e n t to e x c i t e s u b s t a n t i a l conducted r r a d i a t e d n o i s e .As s u c h , s h i e l d i n g a n d / o r ? l t e r i n g may b e s u b s t a n t i a l l yreduced o r eliminated i n some s y s t e m s .[ 0 0 4 7 ] I n a n o t h e r a s p e c t , some embodiments o f t h e poWers t a g e 1 1 0 may n c l u d e one o r more semiconductor sWitche l e m e n t s W i t h h i g h p e a k r e v e r s e v o l t a g e c a p a b i l i t y . Someembodiments may s e h i g h v o l t a g e d e v i c e s to i m p r o v e r e l ia b i l i t y i n s y s t e m s t h a t s W i t c h i n d u c t i v e l o a d s . I n someembodiments, one or more of h e sWitch elements may comb i n e a h i g h p e a k r e v e r s e v o l t a g e c a p a b i l i t y W i t h v e r y s h o r tt u r n - o n a n d / o r t u m - o f f t i m e s . Examples o f v a r i o u s s W i t c he l e m e n t s t h a t may be used i n t h e poWer s t a g e 110 a r ed e s c r i b e d i n f u r t h e r d e t a i l W i t h r e f e r e n c e t o F I G . 2 .[ 0 0 4 8 ] I n t h e d e p i c t e d e x a m p l e , t h e c o n t r o l l e r 1 1 5 r e c e i v e sa c o n t r o l i n p u t . I n v a r i o u s e x a m p l e s , t h e c o n t r o l i n p u t mayc o u p l e t h e c o n t r o l l e r 115 t o a feedback s i g n a l from one o rmore o s i t i o n , t o r q u e , s p e e d , v o l t a g e , l i g h t i n t e n s i t y , o r c u rr e n t s e n s o r s , o r a combination of s i g n a l s from t h e s e a n d / o ro t h e r s e n s o r s . I n some t h e r e x a m p l e s , t h e c o n t r o l i n p u t maycouple t h e c o n t r o l l e r 115 t o one o r more command n p u t s ,W h i c h may e n t h e f o r m o f n a l o g e . g . , p o t e n t i o m e t e r , r e l a yc o n t a c t s , a n d t h e l i k e ) a n d / o r d i g i t a l ( e . g . , s e r i a l , p a r a l l e l )i n p u t s i g n a l s .[ 0 0 4 9 ] I n r e s p o n s e t o s u c h f e e d b a c k a n d / o r command n p u ts i g n a l s , t h e c o n t r o l l e r 1 1 5 may d j u s t o p e r a t i o n o f t h e p o W e rs t a g e 1 1 0 , f o r e x a m p l e . I n v a r i o u s e x a m p l e s , t h e r e s p o n s e s t oc o n t r o l i n p u t s i g n a l s may i n c l u d e , b u t a r e n o t l i m i t e d t o ,t u r n i n g t h e o u t p u t on o r o f f , i n c r e a s i n g o r d e c r e a s i n g t h ea v e r a g e o u t p u t o l t a g e , m a i n t a i n i n g t h e o u t p u t c u r r e n t W i t h i np r e d e t e r m i n e d l i m i t s , a d j u s t i n g o p e r a t i n g d u t y c y c l e a n d / o rf r e q u e n c y , f o r e x a m p l e . I n some m p l e m e n t a t i o n s , s u c h c o nt r o l a c t i o n s may e u s e d o , f o r e x a m p l e , m a i n t a i n t h e o u t p u tc u r r e n t o r l o a d t e m p e r a t u r e W i t h i n p r e d e t e r m i n e d l i m i t s ,r e g u l a t e a motor h a f t p o s i t i o n a n d / r s p e e d , o r c o n t r o l a lampo u t p u t i n t e n s i t y .[ 0 0 5 0 ] Exemplary embodiments a n d f e a t u r e s o f t h e c o nt r o l l e r 115 a r e d e s c r i b e d , f o r e x a m p l e , W i t h r e f e r e n c e t o F I G .6[ 0 0 5 1] I n v a r i o u s e x a m p l e s , t h e e n e r g y s t o r e d i n t h e l o a d( e . g . , r e a c t i v e e n e r g y ) may e s u p p o r t e d b y a u n i d i r e c t i o n a lc u r r e n t s u p p l i e d by t h e poWer s t a g e 1 1 0 . U n i d i r e c t i o n a l c u rr e n t l o a d s may i n c l u d e , b u t a r e n o t l i m i t e d t o , DC o t o r s ,i n d u c t o r s ( e . g . , a i r c o r e , i r o n c o r e , l a m i n a t e d s t e e l c o r e , h i g hp e r m e a b i l i t y c o r e s ) , e l e c t r o m a g n e t s , l i g h t i n g ( e . g . , d i r e c t c u rr e n t h i g h i n t e n s i t y d i s c h a r g e e l e m e n t s ) , DC t r a n s m i s s i o nl i n e s , o r c o m b i n a t i o n s o f t h e s e a n d / o r o t h e r u n i d i r e c t i o n a lc u r r e n t l o a d s . Some embodiments may be used a s , o r a sr e p l a c e m e n t f o r , m e c h a n i c a l r e l a y s o r c o n t a c t o r s . F o re x a m p l e , t h e poWer s t a g e 110 may a c t a s an e l e c t r o n i c a l l yc o n t r o l l a b l e s W i t c h t o a DC o a d , f o r e x a m p l e , t h a t may e

  • 8/12/2019 Patent - Paul Babcock

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    US 011/0157942 A 1

    c o n t r o l l e d b y a s w i t c h , o p t i c a l s i g n a l , m a g n e t i c s i g n a l , o re l e c t r i c a l s i g n a l , W h i c h may e g e n e r a t e d b y , f o r e x a m p l e , ap r o c e s s o r , t i m e r , c o n t r o l c i r c u i t , o r o t h e r e l e m e n t ( e . g . , bimet a l l i c s t r i p , l e v e l s e n s o r , h u m i d i t y s e n s o r , o r t h e l i k e ) .[ 0 0 5 2 ] Some o t h e r e m b o d i m e n t s may o p e r a t e t o s u p p l yenergy o u n i d i r e c t i o n a l c u r r e n t and/ r b i - d i r e c t i o n a l c u r r e n tl o a d s t h a t a r e s u b s t a n t i a l l y i n d u c t i v e , s u b s t a n t i a l l y r e s i s t i v e ,o r p a r t i a l l y r e s i s t i v e a n d p a r t i a l l y i n d u c t i v e . B i d i r e c t i o n a lc u r r e n t l o a d s may n c l u d e , b u t a r e n o t l i m i t e d t o , AC otors( e . g . , s y n c h r o n o u s , b r u s h l e s s D C , i n d u c t i o n ) , D C m o t o r s( e . g . , f o r w a r d a n d r e v e r s e t o r q u e ) , r e s i s t o r s ( e . g . , h e a t i n ge l e m e n t s ) , i n d u c t o r s ( e . g . , a i r c o r e , i r o n c o r e , l a m i n a t e d s t e e lc o r e , h i g h e r m e a b i l i t y c o r e s ) , e l e c t r o m a g n e t s , l i g h t i n g ( e . g . ,? u o r e s c e n t , h i g h i n t e n s i t y d i s c h a r g e ) , A C r a n s m i s s i o n l i n e s ,t r a n s f o r m e r s , o r c o m b i n a t i o n s o f t h e s e a n d / o r o t h e r b i - d i r e ct i o n a l c u r r e n t l o a d s . E x a m p l e s o f e n e r g y p r o c e s s i n g m o d u l e st h a t a r e c a p a b l e o f s u p p l y i n g u n i d i r e c t i o n a l a n d / o r b i d i r e ct i o n a l c u r r e n t l o a d s a r e d e s c r i b e d i n f u r t h e r d e t a i l With e f e re n c e , f o r e x a m p l e , to FIGS. 5 - 7 .[ 0 0 5 3 ] F I G . 2 shoWs a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n of ane x e m p l a r y poWer t a g e to s u p p l y e n e r g y from DC n p u t t o aDC n d u c t i v e l o a d . I n t h e d e p i c t e d e m b o d i m e n t , t h e u n i d i r e ct i o n a l c u r r e n t e l e m e n t 185 s implemented i t h an SCR h a tmay e c o n t r o l l e d t o c o n d u c t c u r r e n t d u r i n g t i m e p e r i o d D .[ 0 0 5 4 ] I n t h e d e p i c t e d e x a m p l e , t h e s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 b ,175 a r e implemented i t h a g a t e d u n i d i r e c t i o n a l c u r r e n t e l ement connected i n s e r i e s With a c o n t r o l l e d semiconductors W i t c h . I n some embodiments, each s W i t c h may be o n t r o l l e dto p r o v i d e Z e r o c u r r e n t t u r n on f o r t h e c o n t r o l l e d semicond u c t o r s W i t c h ( e . g . , IGBT) a n d / o r c o n t r o l l e d t u r n - o f f f o r t h eg a t e d u n i d i r e c t i o n a l c u r r e n t e l e m e n t ( e . g . , S C R ) . I n a n i l l u st r a t i v e e x a m p l e , Which s n o t meant o be i m i t i n g , a n y o f t h es W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 b , 1 7 5 may e t u r n e d on by s u p p l y i n g a ne n a b l i n g s i g n a l t o a c o n t r o l t e r m i n a l ( e . g . , g a t e , b a s e ) o f t h ec o n t r o l l e d s e m i c o n d u c t o r s W i t c h ; a f t e r t h e c o n t r o l l e d s e m ic o n d u c t o r s W i t c h h a s had u f ? c i e n t t i m e to s u b s t a n t i a l l y t r a ns i t i o n t o a s u b s t a n t i a l l y h i g h conductance t a t e , a f ast t u r n - o nt i m e g a t e d u n i d i r e c t i o n a l c u r r e n t e l e m e n t may e c o n t r o l l e dt o t u r n o n . The r e l a t i v e t i m i n g o f t h e e n a b l i n g s i g n a l t o t h ec o n t r o l l e d s e m i c o n d u c t o r s W i t c h and o t h e g a t e d u n i d i r e ct i o n a l c u r r e n t e l e m e n t may d e p e n d , a t l e a s t i n p a r t , on t h et u r n - o n t r a n s i t i o n t i m e s of h e d e v i c e s . I n v a r i o u s embodim e n t s , t h e e n a b l i n g s i g n a l s t o t h e c o n t r o l l e d s e m i c o n d u c t o rs W i t c h and o t h e g a t e d u n i d i r e c t i o n a l c u r r e n t e l e m e n t may beg e n e r a t e d i n r e s p o n s e t o o n e s i g n a l ( e . g . , s u b s t a n t i a l l y s i m u lt a n e o u s ) , o r t h e s i g n a l s may e s e p a r a t e d i n t i m e by a cont r o l l e d d e l a y ( e . g . , b a s e d on h a r d W a r e o r s o f t W a r e t i m e r s ,based on e v e n t s a s determined by a p r o c e s s o r e x e c u t i n gi n s t r u c t i o n s , a n d / o r a n a l o g d e l a y c i r c u i t , o r t h e l i k e ) . I n somee m b o d i m e n t s , e n a b l i n g s i g n a l s f r o m t h e c o n t r o l l e r 1 1 5 maybe coupled t o one o r more of h e d e v i c e s , f o r e x a m p l e , v i as u i t a b l e g a t e s u p p l y c i r c u i t s , some f Which may n c l u d e , b u ta r e n o t l i m i t e d t o , o p t i c a l , m a g n e t i c ( e . g . , p u l s e t r a n s f o r m e r )c i r c u i t s . I n v a r i o u s e m b o d i m e n t s , t h e g a t e d u n i d i r e c t i o n a lc u r r e n t s W i t c h may i n c l u d e , b u t i s n o t l i m i t e d t o , an SCR( s i l i c o n c o n t r o l l e d e c t i ? e r ) , DIAC, TRIAC, a s h u b e , o r t h el i k e . I n v a r i o u s e m b o d i m e n t s , t h e s e m i c o n d u c t o r s W i t c h mayi n c l u d e one o r more s e r i e s a n d / o r p a r a l l e l combinations ofI G B T s ( i n s u l a t e d g a t e b i p o l a r t r a n s i s t o r s ) , MOSFETs m e t a lo x i d e s e m i c o n d u c t o r ? e l d e f f e c t t r a n s i s t o r s ) , B J T s ( b i p o l a rj u n c t i o n t r a n s i s t o r s ) , D a r l i n g t o n p a i r s , J F E T s ( j u n c t i o n ? e l de f f e c t t r a n s i s t o r s ) , vacuum u b e s , o r t h e l i k e .[ 0 0 5 5 ] T y p i c a l s W i t c h i n g t r a n s i t i o n t i m e s may b e , f o re x a m p l e , b e t W e e n a b o u t 2 a n d a b o u t 1 0 m i c r o s e c o n d s ,

    J u n . 3 0 , 2 0 1 1

    a l t h o u g h e m b o d i m e n t s may e u s e d W i t h s u b s t a n t i a l l y f a s t e ro r s l o W e r s W i t c h i n g t i m e s . I n an l l u s t r a t i v e e x a m p l e , t h e t i m ef o r t h e s W i t c h e s 1 3 0 a , 1 3 0 1 ) t o t u r n c o m p l e t e l y o f f and t h es W i t c h 175 to t u r n on may t y p i c a l l y t a k e a b o u t 5 microseco n d s . I n some e x a m p l e s , t h e t r a n s i t i o n a l s W i t c h 165 mayconduct u r r e n t d u r i n g at l e a s t t h o s e 5 m i c r o s e c o n d s . I n somee m b o d i m e n t s , t h e v o l t a g e l i m i t e r 1 6 0 may u b s t a n t i a l l y c o nd u c t t h e l o a d c u r r e n t i n r e s p o n s e t o t h e REMF o l t a g e i n , f o re x a m p l e , 1 0 t o 40 n a n o s e c o n d s .[ 0 0 5 6 ] A l s o d e p i c t e d i n F I G . 2 i s a n e x e m p l a r y embodiment o f t h e v o l t a g e l i m i t e r 1 6 0 , i n c l u d i n g a p a r a l l e l r e s i s t o ra n d c a p a c i t o r n e t W o r k . I n v a r i o u s i m p l e m e n t a t i o n s , t h ec a p a c i t o r may e implemented a s one o r more c a p a c i t o r s i ns e r i e s a n d / r p a r a l l e l c o m b i n a t i o n s . F o r e x a m p l e , c a p a c i t o r so f W i t h a r a n g e o f f r e q u e n c y r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s may beused o r e s p o n d t o t h e REMF o l t a g e o v e r a Wide f r e q u e n c yr a n g e . I n some e m b o d i m e n t s , Which may be u s e d i n h i g h e rs W i t c h i n g f r e q u e n c y a p p l i c a t i o n s , t h e v o l t a g e l i m i t e r 1 6 0may n c l u d e a c o n t r o l l e d s W i t c h t o dump c h a r g e s t o r e d ona c a p a c i t o r d u r i n g t h e t i m e p e r i o d C . I n t h i s e m b o d i m e n t , t h ec a p a c i t o r 1 8 0 i s i m p l e m e n t e d a c r o s s t h e i n p u t t e r m i n a l s o f h emodule 1 0 . I n o t h e r e m b o d i m e n t s , t h e c a p a c i t o r 1 8 0 may ei m p l e m e n t e d i n Whole o r i n p a r t W i t h i n t h e module 1 8 0 , a n dmay b e s u p p l e m e n t e d W i t h a d d i t i o n a l e x t e r n a l p a r a l l e lc a p a c i t a n c e t o s u i t a W i d e v a r i e t y o f a p p l i c a t i o n c o n d i t i o n s ,f o r e x a m p l e .[ 0 0 5 7 ] I n t h i s e m b o d i m e n t , t h e t r a n s i t i o n a l s W i t c h 1 6 5 i sd e p i c t e d a s b e i n g i m p l e m e n t e d W i t h a s e m i c o n d u c t o r s W i t c h .I n v a r i o u s i m p l e m e n t a t i o n s , t h e t r a n s i t i o n a l s W i t c h 1 6 5 maybe i m p l e m e n t e d , f o r e x a m p l e , W i t h one o r more IGBTs,MOSFETs, J T s , D a r l i n g t o n a i r s , J F E T s , vacuum u b e s , o rt h e l i k e . I n a d d i t i o n , t h e poWer s t a g e 1 1 0 o f h i s embodimenti n c l u d e s a d i o d e 210 connected betWeen t h e t r a n s i t i o n a ls W i t c h 165 and t h e o u t p u t node 1 4 0 . I n some embodiments,t h e d i o d e 210 may r o v i d e a d d i t i o n a l p r o t e c t i o n f o r t h e t r a ns i t i o n a l s W i t c h 1 6 5 , f o r e x a m p l e . I n some x a m p l e s , t h e d i o d e2 1 0 may e p l a c e t h e d i o d e 1 5 5 .[ 0 0 5 8 ] F I G . 3 s h o W s l o t s o f e x e m p l a r y v o l t a g e a n d c u r r e n tWaveforms t o i l l u s t r a t e o p e r a t i o n o f t h e poWer s t a g e s o fFIGS. 1 - 2 .[ 0 0 5 9 ] I n h i s e x a m p l e , a p l o t 300 l l u s t r a t e s t h a t t h e poWers o u r c e 1 2 0 p r o v i d e s a u n i p o l a r i n p u t v o l ta g e . I n h i s c a s e , t h ev o l t a g e may e t h a t s u p p l i e d b y a b a t t e r y . I n o t h e r e x a m p l e s ,t h e poWer s o u r c e 120 m a y be any o t h e r s u i t a b l e u n i p o l a r o rDC o u r c e , such s a h a l f - o r f u l l - W a v e recti?edAC i g n a l , f o re x a m p l e . I n some a p p l i c a t i o n s , t h e poWer s o u r c e 120 maye x h i b i t a v o l t a g e s t i f f c h a r a c t e r i s t i c , Which may e p r o v i d e d ,f o r e x a m p l e , b y a s u b s t a n t i a l l y l a r g e h o l d - u p c a p a c i t o r . I nsome o t h e r a p p l i c a t i o n s , t h e poWer s o u r c e may r o v i d e ar e c t i ? e d A C i g n a l W i t h o u t a s u b s t a n t i a l h o l d - u p c a p a c i t a n c e .I n s u c h a p p l i c a t i o n s , t h e v o l t a g e o f h e u n i p o l a r poWer o u r c e120 may d r o p t o W i t h i n one o r tWo d i o d e d r o p s of t h e ACs u p p l y v o l t a g e , f o r e x a m p l e , d u r i n g t h e t i m e p e r i o d B Whent h e o u t p u t c u r r e n t I o u t i s s u p p l i e d s u b s t a n t i a l l y b y t h e p o W e rsource 120.[ 0 0 6 0 ] The p l o t 305 l l u s t r a t e s t h a t t h e poWer s o u r c e 1 2 0s u p p l i e s t h e i n p u t c u r r e n t I i n t o t h e l o a d d u r i n g t h e t i m ep e r i o d B e . g . , I i n : I o u t ) , a n d n o t d u r i n g a n y o t h e r t i m e p e r i o do f h e e x e m p l a r y o p e r a t i n g c y c l e .[ 0 0 6 1 ] The l o t 3 1 0 i l l u s t r a t e s t h a t V 1 1 1 a t t h e i n p u t n o d e 1 3 5i s e l e v a t e d a t t h e b e g i n n i n g o f t h e t i m e p e r i o d A , W h i c hr e ? e c t s t h e c h a r g e on h e c a p a c i t o r 1 8 0 . The l o t 3 1 5 o f t h eo u t p u t c u r r e n t I o u t i l l u s t r a t e s t h a t t h e d i s c h a r g e o f t h e c a p a c it o r 1 8 0 d u r i n g t h e t i m e p e r i o d A u p p l i e s r e a l e n e r g y t o t h e

  • 8/12/2019 Patent - Paul Babcock

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    l o ad , Which may a d v a n t a g e o u s l y r e d u c e t h e power draWnf r o m t h e power s o u r c e 1 2 0 d u r i n g t h e o p e r a t i n g c y c l e .[ 0 0 6 2 ] The l o t s 3 1 0 , 3 1 5 a l s o s h o W t h e c h a r g i n g o f t h ec a p a c i t o r 180 and c o n t r o l l e d d e c r e a s e i n o u t p u t c u r r e n t I o u ti n t h e t i m e p e r i o d D . The c o n t r o l l e d d e c r e a s e o f I o u t maya d v a n t a g e o u s l y c o n t r o l a n a m p l i t u d e o f t h e REMF.[ 0 0 6 3 ] The l o t 3 2 0 i l l u s t r a t e s , i n a magni?ed i e W , a p o rt i o n o f t h e o u t p u t c u r r e n t I o u t Waveform a r o u n d t h e t i m ep e r i o d C n t h e p l o t 3 1 5 . I n some x a m p l e s , t h e t i m e p e r i o d Ci s s h o r t r e l a t i v e t o t h e t i m e p e r i o d s A , B , a n d D . D u r i n g t h et i m e p e r i o d C n t h i s e x a m p l e , t h e s l o p e ( e . g . , d I o u t / d t ) o f h ep l o t 3 1 5 s c o n t r o l l e d s u b s t a n t i a l l y b y o p e r a t i o n o f h e v o l t a g el i m i t e r 1 6 0 . I n some embodiments, t h e s l o p e may be cont r o l l e d s u f ? c i e n t l y W e l l s u c h t h a t t h e a m p l i t u d e a n d n o i s ee n e r g y a s s o c i a t e d W i t h t h e REMF o l t a g e s i g n a l may b es u b s t a n t i a l l y r e d u c e d .[ 0 0 6 4 ] I n some p p l i c a t i o n s , s u c c e s si v e o p e r a t i n g c y c l e smay c c u r W i t h o u t i n t e r r u p t i o n f o r a n i n d e ? n i t e p e r i o d d u r i n gWhich e n e r g y may b e s u p p l i e d t o t h e l o a d . F o r e x a m p l e ,o p e r a t i n g c y c l e s may a v e a s u b s t a n t i a l l y ? x e d p e r i o d , W h i c hmay n c l u d e , b u t s n o t l i m i t e d o , p e r i o d s o f e t W e e n a b o u t 1 0and a b o u t 20 i l l i s e c o n ds , o r betWeen a b o u t 1 and a b o u t 30m i l l i s e c o n d s , o r betWeen b o u t 50 and a b o u t 1000 i c r o s e co n d s , o r less t h a n 60 m i c r o s e c o n d s , f o r e x a m p l e . I n somea p p l i c a t i o n s , one r more n i t e number of u c c e s s i v e p e r i o d smay e i n t e r r u p t e d b y v a r i a b l e t i m e s o f n o t s u p p l y i n g poWerto a l o a d . I n some embodiments, t h e d u r a t i o n of an p e r a t i n gc y c l e may e v a r i e d a c c o r d i n g t o l o a d r e q u i r e m e n t s, a n i n p u tcommand, o r o t h e r r e q u i r e m e n t s ( e . g . , t o a v o i d a n a u d i b l er e s o n a n c e f r e q u e n c y , ? l t e r i n g r e q u i r e m e n t s , s y n c h r o n i z a t i o nt o a u t i l i t y s u p p l i e d v o l t a g e ) .[ 0 0 6 5 ] F I G . 4 shoWs a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n of ane x e m p l a r y poWer t a g e 1 1 0 t o s u p p l y e n e r g y f r o m a DC n p u tt o a DC n d u c t i v e l o a d .[ 0 0 6 6 ] I n t h e d e p i c t e d e m b o d i m e n t , t h e p o W e r s t a g e 1 1 0h a s an a r r a y o f d i o d e s 4 0 5 , e a c h o f Which s c o n n e c t e d fromt h e s W i t c h 175 o a c a p a c i t o r i n an r r a y of a r a l l e l - c o n n e c t e dc a p a c i t o r s f o r m i n g a c a p a c i t a n c e 4 1 0 . I n v a r i o u s i m p l e m e nt a t i o n s , t h e module r s y s t e m s may n c o r p o r a t e some r l l oft h e c a p a c i t a n c e 4 1 0, Which may i n c l u d e a n a r r a y o f a r a l l e lc a p a c i t o r s t o i m p l e m e n t t h e c a p a c i t o r 1 8 0 . I n some embodim e n t s , one o r more of t h e i n d i v i d u a l c a p a c i t o r s may eachh a v e a d i f f e r e n t f r e q u e n c y r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c ( e . g . ,i n d u c t a n c e ) s u c h t h a t t h e a r r a y o f c a p a c i t o r s 4 1 0 may ffe ct i v e l y c a p t u r e e n e r g y from t h e i n d u c t i v e l o a d o v e r a Wider a n g e o f f r e q u e n c y c o m p o n e n t s , f o r e x a m p l e , i n t h e REMFv o l t a g e s i g n a l .[ 0 0 6 7 ] A l s o d e p i c t e d i n t h i s embodiment s a d i o d e a r r a y405 c o n n e c t e d betWeen t h e e n e r g y c a p t u r e s W i t c h 175 andone o f t h e c a p a c i t o r s i n t h e a r r a y o f c a p a c i t o r s 1 8 0 .[ 0 0 6 8 ] The a r a l l e l d i o d e s 405 a y , i n some m b o d i m e n t s ,a d v a n t a g e o u s l y r e d u c e r i n g i n g a n d / r o s c i l l a t i o n s among h ec a p a c i t o r s i n t h e c a p a c i t a n c e 4 1 0 . The a p a c i t o r 4 1 0 may ei m p l e m e n t e d u s i n g t W o o r more p a r a l l e l c a p a c i t a n c e s t h a tmay r o v i d e W i d e r r e s p o n s e b a n d W i d t h e . g . , l o W i n d u c t a n c ep a t h s ) a n d / o r i n c r e a s e d c a p a c i t a n c e . O p t i o n a l l y , t h e a r r a y o fd i o d e s may b e i m p l e m e n t e d a s a s i n g l e d i o d e ( e . g . , d i o d e19019 o f F I G . 1 ) . I n some i m p l e m e n t a t i o n s ( n o t s h o W n ) , ac o n t r o l l a b l e d e v i c e such a s an SCR may o p t i o n a l l y bei n c l u d e d i n t h e p a t h c a r r y i n g c u r r e n t d u r i n g t i m e p e r i o d D , a nexample o f Which s d e s c r i b e d W i t h r e f e r e n c e t o t h e e l e m e n t185 n t h e F I G . 2 . Such an SCR ay d v a n t a g e o u s l y i n c r e a s ep e a k v o l t a g e W i t h s t a n d c a p a b i l i t y , a n d / o r r e d u c e u n d e s i r e d( e . g . , i n t e r - e l e c t r o d e , p a r a s i t i c ) c a p a c i t a n c e , f o r e x a m p l e .

    J u n . 3 0 , 2 0 1 1

    [ 0 0 6 9 ] F I G . 5 shoWs a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n of ane x e m p l a r y p a i r o f p o W e r s t a g e s 1 1 0 a , 1 1 0 1 ) t o s u p p l y e n e r g yfrom DC n p u t t o an AC n d u c t i v e l o a d . I n t h i s embodiment,t h e poWer s t a g e s 1 1 0 a , 1 1 0 1 ) a r e s u b s t a n t i a l l y s i m i l a r i n t h a tt h e y h a v e s u b s t a n t i a l l y t h e same c i r c u i t r y a n d d r a W poWerfrom t h e same po Wer s o u r c e ( e . g . , t h r o u g h t h e d i o d e 1 9 5 ) .T h e y d i f f e r p r i m a r i l y i n t h e t i m i n g o f h e i r o u t p u t s i g n a l s . I nv a r i o u s e m b o d i m e n t s , t h e poWer t a g e s 1 1 0 a , 1 1 0 1 ) may l t e rn a t e l y s u p p l y o u t p u t c u r r e n t t o t h e l o a d . I n p a r t i c u l a r , t h epoWer t a g e 1 1 0 1 1 may u p p l y u n i d i r e c t i o n a l o u t p u t c u r r e n t A ,B , C , D n a ? r s t d i r e c t i o n t o t h e l o a d , and t h e poWer s t a g e1 1 0 1 ) may u p p l y u n i d i r e c t i o n a l o u t p u t c u r r e n t ' , B ' , C ' , D ' i na second d i r e c t i o n to t h e l o a d . I n some i m p l e m e n t a t i o n s , t h ec a p a c i t o r 4 1 0 may e i m p l e m e n t e d u s i n g tWo r more a r a l l e lc a p a c i t a n c e s t h a t may p r o v i d e W i d e r r e s p o n s e b a n d W i d t h( e . g . , l o W i n d u c t a n c e p a t h s ) a n d / o r i n c r e a s e d c a p a c i t a n c e , asd e s c r i b e d i n embodiments W i t h r e f e r e n c e t o F I G . 4 , f o re x a m p l e .[ 0 0 7 0 ] I n a n i l l u s t r a t i v e embodiment, a c o n t r o l l e r ( n o ts h o W n ) may e n e r a t e c o n t r o l s i g n a l s t o p e r f o r m a n o p e r a t i n gc y c l e u s i n g p o W e r s t a g e 1 1 0 a . D u r i n g p o W e r s t a g e 1 1 0 a so p e r a t i n g c y c l e , t h e c o n t r o l l e r may u r n o f f l l o f h e s W i t c h e si n t h e poWer s t a g e 1 1 0 b , t h e r e b y p r e v e n t i n g a n y o u t p u t c u rr e n t from t h e s t a g e 1 1 0 1 1 from ?oWing i n t h e s t a g e 1 1 0 1 ) .S i m i l a r l y , t h e c o n t r o l l e r may i s a b l e t h e s t a g e 1 1 0 1 1 When h ep o W e r s t a g e 1 1 0 ) p e r f o r m s i t s o p e r a t i n g c y c l e .[ 0 0 7 1 ] F I G . 6 shoWs a b l o c k d i a g r a m r e p r e s e n t a t i o n o f a ne x e m p l a r y e n e r g y p r o c e s s in g s y s t e m t h a t c a n u s e t h e poWers t a g e s of I G . 5 t o s u p p l y e n e r g y from an AC n p u t t o an ACi n d u c t i v e l o a d . The y s t e m 6 0 0 r e c e i v e s AC oWer n p u t froman AC oWer o u r c e 6 0 5 , and u p p l i e s anAC oWer u t p u t t oo p e r a t e an AC o a d 6 1 0 .[ 0 0 7 2 ] I n t h e d e p i c t e d e x a m p l e , t h e e n e r g y p r o c e s s i n gmodule 105 i n c l u d e s tWo poWer s t a g e s 1 1 0 a , 1 1 0 b , and ac o n t r o l l e r 6 1 5 . U s i n g t h e c o n t r o l l e r 6 1 5 , t h e e n e r g y p r o c e s si n g module 1 0 5 may r o v i d e a u t o m a t i c a n d i n t e l l i g e n t c o nt r o l t o t h e poWer s t a g e s 1 1 0 a , 1 1 0 1 ) t o i m p r o v e e f ? c i e n c ya n d / o r c o n t r o l a poWer f a c t o r o f t h e AC poWer i n p u t . F o re x a m p l e , t h e e n e r g y p r o c e s s i n g module 1 0 5 may c o n t r o lREMF f t h e l o a d and c a p t u r e and r e - u s e i n d u c t i v e l o a de n e r g y t o p r o v i d e h i g h e n e r g y e f ? c i e n c y . A d d i t i o n a l l y , t h ee n e r g y p r o c e s s i n g module 0 5 may e d i g i t a l l y c o n t r o l l e d . I nsome e x a m p l e s , t h e c o n t r o l l e r 615 may be programmed toc o n t r o l t h e poWer s t a g e s 1 1 0 a , 1 1 0 1 ) a c c o r d i n g t o v a r i o u si n p u t s ( e . g . , u s e r i n p u t s , a n a l o g i n p u t s , a n d / o r c o m m u n i c at i o n n e t W o r k n p u t ) . F o r e x a m p l e , t h e c o n t r o l l e r 6 1 5 may l s oi n c l u d e s o f t W a r e and h ardWare t o c o n t r o l t h e s W i t c h e s i n t h epoWer s t a g e s 1 1 0 a , 1 1 0 1 ) b a s e d on u s e r i n p u t a n d / o r i nr e s p o n s e t o s p e c i ? e d e v e n t s ( e . g . , AC r o W n o u t c o n d i t i o n s ,l o a d f a u l t c o n d i t i o n s , t i m e o f d a y e v e n t s , o r t h e l i k e ) .[ 0 0 7 3 ] The s y s t e m 6 0 0 a l s o i n c l u d e s a n i n p u t s t a g e 6 2 0 .The e n e r g y p r o c e s s i n g module 1 0 5 r e c e i v e s t h e AC oWeri n p u t from t h e AC oWer s o u r c e 6 0 5 v i a t h e i n p u t s t a g e 6 2 0and u p p l i e s t h e AC oWer u t p u t t o t h e l o a d . I n some m p l em e n t a t i o n s , t h e AC oWer o u r c e 605 may u p p l y poWer froman l e c t r i c a l poWer i s t r i b u t i o n netWork e . g . , u t i l i t y poWer ta b o u t 5 0 - 6 0 H Z , o r m a r i n e / v i a t i o n poWer t a b o u t 400 H Z ) .The i n p u t s t a g e 6 2 0 may r e c o n d i t i o n a n i n p u t v o l t a g e , f o re x a m p l e , b y s m o o t h i n g a n d / r r e c t i f y i n g i n p u t p o W e r o r t h ee n e r g y p r o c e s s i n g module 1 0 5 .[ 0 0 7 4 ] As s h o W n , t h e i n p u t s t a g e 6 2 0 i n c l u d e s a d i o d eb r i d g e r e c t i ? e r 625 and c a p a c i t o r 630 o ? l t e r t h e DC oWero u t p u t . I n some i m p l e m e n t a t i o n s , t h e c a p a c i t o r 6 3 0 mayr e d u c e t h e v a r i a t i o n i n t h e DC u t p u t v o l t a g e Waveform r o m

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    t h e b r i d g e . I n some x a m p l e s , t h e c a p a c i t o r 6 3 0 may e t u n e df o r Wave s h a p i n g t o i m p r o v e poWer e f ? c i e n c y o f t h e e n e r g yp r o c e s s i n g m o d u l e 1 0 5 . I n v a r i o u s e m b o d i m e n t s , t h e c a p a c it o r 6 3 0 may be i Z e d to e f f e c t i v e l y p r o v i d e i n p u t c u r r e n t Waves h a p i n g t h a t s u b s t a n t i a l l y r e d u c e s c r e s t f a c t o r b y r e d u c i n gc u r r e n t p e a k s and a s s o c i a t e d AC u r r e n t h a r m o n i c s .[ 0 0 7 5 ] I n some i m p l e m e n t a t i o n s , t h e c a p a c i t o r 6 3 0 mayr a i s e t h e DC v e r a g e v o l t a g e t o s u p p l y t h e e n e r g y p r o c e s s i n gmodule 0 5 . I n some x a m p l e s , t h e h i g h e r DC o l t a g e may eu s e d t o s t a r t t h e l o a d 610 and m p r o v e v a r i o u s t y p e s o f i n d u ct i v e d e v i c e p e r f o r m a n c e . I n some e x a m p l e s , t h e i n c r e a s e i nDC o l t a g e l e v e l s may l s o be used o o v e r d r i v e l i n e l o s s e s tom a i n t a i n i n d u c t i v e d e v i c e p e r f o r m a n c e .[ 0 0 7 6 ] U s i n g t h e e n e r g y p r o c e s s i n g m o d u l e 1 0 5 , t h e A CpoWer s o u r c e 605 may s u p p l y u n i d i r e c t i o n a l a n d / o r b i d i r e ct i o n a l c u r r e n t to a l o a d , such a s t h e l o a d 6 1 0 . The l o a d 6 10may n c l u d e a s i n g l e d e v i c e ( e . g . , m o t o r ) o r m u l t i p l e d e v i c e s( e . g . , a b a n k o f i g h t s ) .[ 0 0 7 7 ] I n t h e d e p i c t e d e x a m p l e , t h e l o a d 6 1 0 i n c l u d e s at r a n s f o r m e r 6 3 5 t h a t r e c e i v e s t h e b i d i re c t i o n a l ( e . g . , AC)poWer u t p u t from h e e n e r g y p r o c e s si n g module 1 0 5 . I n onei m p l e m e n t a t i o n , t h e t r a n s f o r m e r 6 3 5 may t r a n s f o r m t h e ACpoWer u t p u t v o l t a g e f r o m t h e e n e r g y p r o c e s s i n g module 0 5t o a l o a d v o l t a g e ( e . g . , 200 V-500 V) t h a t i s u s e d by t h e l o a d6 1 0 . F o r e x a m p l e , t h e t r a n s f o r m e r 635 may s t e p - u p a loWo u t p u t v o l t a g e ( e . g . , 1 0 0 V - 2 2 0 V ) t o a h i g h e r v o l t a g e ( e . g . ,480 V) f o r t h e l o a d 6 1 0 .[ 0 0 7 8 ] The e n e r g y p r o c e s s i n g m o d u l e 1 0 5 may p r o v i d ei m p r o v e d p o W e r e f ? c i e n c y a n d / o r c o n t r o l o v e r t h e i n p u tpoWer a c t o r . F o r e x a m p l e , t h e e n e r g y p r o c e s s i n g module 0 5may p r o v i d e l i n e f r e q u e n c y poWer f a c t o r c o r r e c t i o n t oimprove poWer a c t o r draWn from h e AC oWer o u r c e 6 0 5 .I n some i m p l e m e n t a t i o n s , t h e s y s t e m 6 0 0 may r o v i d e l i n ef r e q u e n c y s W i t c h i n g ( L E S ) o p e r a t i o n s a t a n y i n a r a n g e o ff r e q u e n c i e s. I n some e x a m p l e s , t h e LFS p r o c e s s may b etimed and s y n c h r o n i z e d W i t h a p h a s e o f t h e AC oWer o u r c e605 t o p r o d u c e , f o r e x a m p l e , 5 0 HZ o r 6 0 H Z , s W i t c h e dv o l t a g e s and u r r e n t Waveforms o r a Wide p e c t r u m o f i n d u ct i v e l o a d s ( e . g . , t h e l o a d 6 1 0 ) .[ 0 0 7 9 ] I n some e x a m p l e s , t h e c o n t r o l l e r 615 may s e t h eLFS p r o c e s s t o r a i s e t h e e l e c t r i c a l e f ? c i e n c y and c o n t r o l l ab i l i t y o f s t a n d a r d 5 0 HZ and 0 HZ n d u c t i v e d e v i c e s , s u c h a st h e t r a n s f o r m e r 6 3 5 , l a m p b a l l a s t s , AC n d u c t i o n m o t o r s , DCm o t o r s , and poWer u p p l i e s . I n some e x a m p l e s , t h e LFS r oc e s s may e u s e d i n h i g h - p o W e r a p p l i c a t i o n s a n d h i g h - p o W e rc o n t r o l . F o r e x a m p l e , v e r y l a r g e i n d u c t o r s o p e r a t i n g a t h i g hp o W e r l e v e l s may b e o p e r a t e d W i t h i m p r o v e d s t a b i l i t y a n de n e r g y e ? i c i e n c y . I n some e x a m p l e s , t h e c o n t r o l l e r 6 1 5 mayu s e t h e LFS r o c e s s t o p r o v i d e c a p a b i l i t i e s t h a t i n c l u d e , b u ta r e n o t l i m i t e d t o , poWer a c t o r ( P F ) c o r r e c t i o n , poWer e v e lc o n t r o l , h i g h - s p e e d s h u t d o W n p r o t e c t i o n , s o f t - s t a r t a n d / o rh a r d - s t a r t , a n d u n i v e r s a l i n p u t ( e . g . , AC n d / o r D C ) . Exemp l a r y a p p l i c a t i o n s may i n c l u d e , b u t a r e n o t l i m i t e d t o l i n ef r e q u e n c y i n d u c t i v e d e v i c e s s u c h a s m e t a l h a l i d e and u o r e sc e n t i g h t i n g , AC n d u c t i o n m o t o r s , a n d e l d e r s , f o r e x a m p l e .[ 0 0 8 0 ] I n one example p p l i c a t i o n , a s m a l l amount o f ? l t e rc a p a c i t a n c e ( e . g . , t o p r o v i d e AC u r r e n t Wave s h a p i n g a n di m p r o v e d c r e s t f a c t o r ) may e combined i t h LFS t i m i n g t os u b s t a n t i a l l y e q u a l i Z e i n p u t p o W e r among l l f o u r q u a d r a n t s .I n s u c h a n e x a m p l e , t h e e n e r g y p r o c e s s i n g module 1 0 5 mayg e n e r a t e t h e AC oWer u t p u t W i t h a h i g h P F .[ 0 0 8 1 ] I n some m b o d i m e n t s , t h e c o n t r o l l e r 615 may p e ra t e t o a d j u s t p h a s e a n d d u t y c y c l e t o m a x i m i Z e a c h i e v a b l epoWer f a c t o r When s u p p l y i n g a n y o u t p u t poWer l e v e l t o t h e

    J u n . 3 0 , 2 0 1 1

    i n d u c t i v e de v i c e . F o r e x a m p l e , a PE o f e t t e r t h a n 0 . 9 may bea c c o m p l i s h e d doWn t o a b o u t 50% o u t p u t poWer l e v e l s i nsome a p p l i c a t i o n s . I f a h i g h e r PE i s r e q u i r e d beloW 5 0%o u t p u t poWer e v e l s , some embodiments may n c l u d e an ACl i n e r e a c t o r a t t h e AC oWer s o u r c e 6 05 t o r a i s e s PF back oa c c e p t a b l e l e v e l s .[ 0 0 8 2 ] The o n t r o l l e r 6 1 5 i n t h e e n e r g y p r o c e s s i n g module1 0 5 may r o v i d e c e r t a in c o n t r o l f u n c t i o n s t o a d j u s t PE n t h es y s t e m 6 0 0 a n d t o , f o r e x a m p l e , r e d u c e REMF, i m p r o v ee n e r g y e ? i c i e n c y , a n d / o r e x e c u t e s o f t W a r e i n s t r u c t i o n s . Thec o n t r o l l e r 615 i n c l u d e s a p r o c e s s o r 640 ( e . g . , a CPU) and arandom c c e s s memory (RAM) 4 5 o p r o v i d e v a r i o u s d i g i t a lc o n t r o l f u n c t i o n s . The c o n t r o l l e r 6 15 a l s o i n c l u d e s a nonv o l a t i l e memory ( N VM) 645 o s t o r e s o f t W a r e and a t a . I n t h ed e p i c t e d e x a m p l e , t h e NVM 45 s t o r e s a c o d e 6 5 5 . Thep r o c e s s o r 640 may e x e c u t e t h e code 655 t o perform a r i o u sd i g i t a l c o n t r o l f u n c t i o n s i n t h e e n e r g y p r o c e s s i n g module1 0 5 .[ 0 0 8 3 ] I n t h e d e p i c t e d e x a m p l e , t h e c o n t r o l l e r 6 1 5 mayr e c e i v e s e x t e r n a l i n p u t v i a a u s e r i n t e r f a c e 6 6 0 , an a n a l o gi n t e r f a c e 6 6 5 , a n d / o r a communication o r t 6 7 0 .[ 0 0 8 4 ] From h e u s e r i n t e r f a c e 6 6 0 , t h e c o n t r o l l e r 615 mayr e c e i v e u s e r i n p u t . The u s e r i n t e r f a c e 660 may b e , f o re x a m p l e , a s e t o f d i p s W i t c h e s f o r s e t t i n g a n o p e r a t i n g modeof h e e n e r g y p r o c e s s i n g module 1 0 5 . For e x a m p l e , a u s e rmay s e t h e u s e r i n t e r f a c e 660 o set t h e o u t p u t v o l t a g e o f t h ee n e r g y p r o c e s s i n g module 0 5 to b e 1 0 V o r o p e r a t i o n i n t h eUs. r 2 2 0 V o r o p e r a t i o n i n E u r o p e . I n a n o t h er e x a m p l e , t h eu s e r i n t e r f a c e 660 may e c e i v e u s e r i n p u t t o dim o r b r i g h t e ni n t e n s i t y o f a bank o f ? u o r e s c e n t l i g h t s i n a commercialb u i l d i n g .[ 0 0 8 5 ] The o n t r o l l e r 6 1 5 may e c e i v e a n a l o g i n p u t v i a t h ea n a l o g i n t e r f a c e 6 6 5 . T h e a n a l o g i n p u t may i n c l u d e s i g n a l sg e n e r a t e d from s e n s o r s . F o r e x a m p l e , t h e s y s t e m 6 0 0 mayi n c l u d e a H a l l E f f e c t s e n s o r , v o l t a g e s e n s o r , c u r r e n t s e n s o r ,p o s i t i o n s e n s o r , v e l o c i t y s e n s o r , a t e m p e r a t u r e s e n s o r , a l i g h ts e n s o r , AC i n e ( e . g . , 5 0 - 6 0 H Z ) p h a s e s e n s o r , a n d / o r o t h e rs e n s o r t o d e t e c t e x t e r n a l environment p a r a m e t e r s . I n s omei m p l e m e n t a t i o n s , t h e c o n t r o l l e r 615 may r e c e i v e measurement s i g n a l s from H a l l E f f e c t s e n s o r f o r p r o x i m i t y s W i t c hi n g , p o s i t i o n i n g , s p e e d d e t e c t i o n , a n d c u r r e n t s e n s i n g a p p l ic a t i o n s . I n some i m p l e m e n t a t i o n s , t h e c o n t r o l l e r 615 mayr e c e i v e measurement of an ambient temperature at from at e m p e r a t u r e s e n s o r to c o n t r o l poWer u t p u t . F o r e x a m p l e , t h ep r o c e s s o r 6 4 0 may d j u s t t o s u p p l y maximum u t p u t poWert o an i r c o n d i t i o n i n g l o a d When h e a m b i e n t t e m p e r a t u r e i sh i g h e r t h a n a s e t p o i n t . I n some m p l e m e n t a t i o n s , t h e c o n t r o ll e r 615 may e c e i v e measurement of an e x t e r n a l l i g h t i n t e ns i t y . F o r e x a m p l e , t h e p r o c e s s o r 6 3 5 may c o n t r o l t h e poWers t a g e s 1 1 0 a , 1 0 0 1 ) t o s u p p l y a d e c r e a s e d poWer u t p u t t o dimt h e l i g h t s ( e . g . , When h e s u n s s h i n i n g , d u r i n g o f f h o u r s , a n dt h e l i k e ) .[ 0 0 8 6 ] The o n t r o l l e r 615 communicates i t h a communic a t i o n netWork 675 v i a t h e communication p o r t 6 7 0 . F o re x a m p l e , t h e c o m m u n i c a t i o n p o r t 6 7 0 may t r a n s m i t a n dr e c e i v e d a t a betWeen h e p r o c e s s o r 640 and h e communicat i o n netWork 6 7 5 . The communication netWork 675 mayi n c l u d e t h e I n t e r n e t , a l o c a l a r e a netWork (LAN), a n d / o r ac o m m u n i c a t i o n c a b l e ( e . g . , a u n i v e r s a l s e r i a l b u s (USB)c a b l e , a F i r e W i r e , o t h e r p a r a l l e l o r s e r i a l d a t a b u s ) f o r comm u n i c a t i n g W i t h a computer e v i c e . The o n n e c t i o n betWeent h e c o n t r o l l e r 615 and h e communication netWork 675 maya l s o b e W i r e l e s s . F o r e x a m p l e , t h e c o m m u n i c a t i o n n e t W o r k6 7 5 may be c o n n e c t e d to t h e c o n t r o l l e r 6 1 5 u s i n g W i r e l e s s

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