BR102012021503A2

BR102012021503A2 - Sistema de distribuição de energia e conversor de energia de comutação integrado para uso em uma aeronave

Info

Publication number: BR102012021503A2
Application number: BRBR102012021503-9A
Authority: BR
Inventors: Adrian Shipley; Andrew Wyer
Original assignee: Ge Aviat Systems Ltd
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2014-05-20
Also published as: GB2509009A; GB2494133B; US20130229050A1; GB201403483D0; CN103029586B; DE102012107414A1; CA2787604A1; JP2013082434A; GB2509009B; FR2981811A1; GB2494133A; CN103029586A; US9908489B2; GB201114890D0; FR2979494A1

Abstract

SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA E CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO PARA USO EM UMA AERONAVE Um aspecto da presente invenção apresenta um sistema de distribuição de energia 100 para uma aeronave. O sistema de distribuição de energia 100 compreende uma primeira rede de cabeamento 150 conectada a um suprimento de energia 120, pelo menos um conversor de energia de comutação integrado 180, 280, 380 conectado ao suprimento de energia 120 através da primeira rede de cabeamento 150, e pelo menos uma carga elétrica 170 conectada a uma respectiva saida 362 de um respectivo conversor de energia de comutação integrado 180, 280, 380 através de uma segunda rede de cabeamento 160. Ao usar um ou mais conversores de energia de comutação integrados 180, 280, 380, de acordo com várias realizações da presente invenção, um peso total reduzido para a fiação necessária para distribuir energia na aeronave pode ser apresentado.

Description

“SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA E CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO PARA USO EM UMA AERONAVE”

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se, em geral, à distribuição de energia em aeronaves. Mais particularmente, a presente invenção refere-se aos sistemas e dispositivos para fornecer distribuição de energia elétrica aperfeiçoada em aeronaves.

Antecedentes da Invenção

Os sistemas de distribuição de energia elétrica convencionais para aeronaves [1 a 5] podem apresentar uma unidade retificadora com transformador (TRU) para converter uma entrada de CA com tensão relativamente alta, derivada de um gerador embutido, tal como uma unidade de energia auxiliar de aeronave (APU), para uma saída de CC. Tal TRU pode estar localizada próxima à APU com um barramento de alta corrente de baixa tensão então usado para distribuir energia às várias cargas ao redor da fuselagem da aeronave. Adicionalmente, vários dispositivos de proteção de chicote de fio convencionais [6 a 10], tal como um ou mais controladores de energia em estado sólidos (SSPCs), podem ser fornecidos para controlar a energia fornecida às várias cargas através impedindo-se situações de sobretensão, fornecendo-se proteção de arco, proteção contra raios, etc.

Por exemplo, uma entrada de 230 volts de três fases pode ser convertida a uma saída de CC de 28 volts por uma TRU para distribuição usando cabeamento de baixa tensão, obtido para distribuir a CC de 28 volts pela aeronave. Tal cabeamento de baixa tensão, no entanto, precisa ter 25 capacidade para transmitir uma alta corrente (por exemplo, 700 amperes) sem superaquecimento. Isto significa que o cabeamento requerido necessariamente tem um amplo núcleo condutor e é, portanto, pesado. Além disso, embora a TRU seja geralmente localizada próxima ao gerador, muitos quilômetros de cabeamento podem ser assim necessários para distribuir a energia de baixa tensão por toda a aeronave. Sendo assim, isto necessariamente significa que a rede de cabeamento da aeronave é pesada.

Descrição resumida da Invenção A presente invenção foi então, elaborada levando em conta as

desvantagens mencionadas acima, associadas ao conhecido sistemas de distribuição de energia da aeronave em mente. De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, apresenta-se, assim, um sistema de distribuição de energia para uma aeronave. O sistema de distribuição de energia 10 compreende uma primeira rede de cabeamento conectada a um suprimento de energia. Pelo menos, um conversor de energia de comutação integrado é conectado ao suprimento de energia através da primeira rede de cabeamento. Adicionalmente, pelo menos, uma carga elétrica é conectada a uma respectiva saída de um respectivo conversor de energia de comutação integrado através 15 de uma segunda rede de cabeamento.

De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, é apresentado um conversor de energia de comutação integrado (ISPC) para uso em uma aeronave. O conversor de energia de comutação integrado compreende o conjunto de circuitos de conversão de tensão para conversor 20 uma tensão de entrada em um primeiro nível a uma tensão de saída em um segundo nível e os conectores de saída para conectar a tensão de saída a uma ou mais cargas. Também incluído no ISPC está o conjunto de circuitos de controlador de energia em estado sólido para regular a tensão de saída e/ou a corrente fornecida pelos conectores de saída a uma ou mais cargas.

Ao apresentar um conversor de energia de comutação integrado e

nova arquitetura que pode usar este novo dispositivo, várias realizações da presente invenção podem ser apresentadas, cujas redes de cabeamento mais leves podem ser usadas para a aeronave. Além disso, uma arquitetura simplificada de distribuição de energia pode ser também ser apresentada, reduzindo assim o tempo e os custos tanto da instalação quando do trabalho de reparo necessário ao prover ou manter um sistema de suprimento de energia elétrica da aeronave.

Breve Descrição das Figuras

Vários aspectos e realizações da presente invenção serão agora descritos, em conexão aos desenhos anexos, em que:

A Figura 1 mostra um sistema de distribuição de energia convencional para uma aeronave;

A Figura 2 mostra um sistema de distribuição de energia para

uma aeronave de acordo com várias realizações da presente invenção;

A Figura 3 mostra um conversor de energia de comutação integrado de acordo com uma realização da presente invenção;

A Figura 4 mostra uma curva de proteção l2t de distribuição para o conversor de energia de comutação integrado da Figura 3;

A Figura 5 mostra um conversor de energia de comutação integrado, de acordo com outra realização da presente invenção; e

A Figura 6 mostra um conversor CC-CC para uso no conversor de energia de comutação integrado da Figura 5.

Descrição Detalhada da Invenção

A Figura 1 mostra um sistema de distribuição de energia convencional 10 para uma aeronave. O sistema de distribuição de energia 10 inclui um gerador de alta tensão (por exemplo, 230 v CA) de três fases 20. O gerador 20 é conectado a uma unidade retificadora com transformador (TRU) 25 30, localizada próxima ao mesmo por um primeiro barramento de energia 50. O barramento de energia 50 tem um comprimento Lpsu e compreende três fios de condução separados agrupados.

A TRU 30 pode ser configurada para prover várias tensões de saída para distribuição por uma aeronave. Por exemplo, energia de cabina em 28V CC pode ser necessária por cargas 70. Assim, um segundo barramento de energia 60 é usado para distribuir a energia de cabina da TRU 30 às cargas 70 através de um controlador de energia em estado sólido 40 que provê proteção 5 ao cabeamento e às cargas. Nos exemplos mostrados, o SSPC 40 controla a energia fornecida às duas cargas, embora aqueles que são versados na técnica estarão cientes que mais ou menos tais cargas podem ser controladas por um único SSPC 40, e que um ou mais tais SSPCs 40 podem ser conectados ao segundo barramento de energia 60 conforme requerido. Os 10 barramentos adicionais de energia (não mostrados) podem também ser obtidos para distribuir energia em outras tensões pela aeronave.

As cargas 70, por exemplo, situadas na cabine, podem ser distribuídas a certa distância da TRU 30 que pode ser colocalizada com o gerador 20 perto de um dos motores da aeronave, por exemplo. Portanto, o comprimento do cabeamento Lout, situado no segundo barramento de energia 60 pode ser considerável, tal que L0ut » Lpsu por exemplo.

Contudo, dado que o segundo barramento de energia 60 opera em um suprimento de tensão relativamente baixo (tal como 28V), o cabeamento inserido tem de ser tal que correntes relativamente altas possam ser transmitidas (por exemplo, 700A para um suprimento 19,6kW).

Dessa forma, isso implica no fato de que o longo e amplo cabeamento do diâmetro do núcleo é necessário para o segundo barramento de energia 60, o que, por sua vez, significa que o segundo barramento de energia 60 é necessária, inerente e relativamente pesado. O peso de qualquer 25 blindagem obtida para proteger o segundo barramento de energia 60 também aumenta conforme o diâmetro do barramento aumenta e, portanto, é acrescentado ao peso de qualquer rede de cabeamento, que incorpora o segundo barramento de energia 60. A Figura 2 mostra um sistema de distribuição de energia 100 para uma aeronave de acordo com várias realizações da presente invenção. O sistema de distribuição de energia 100 compreende uma primeira rede de cabeamento 150 conectada a um suprimento de energia 120. A primeira rede de cabeamento 150 pode, por exemplo, ser usada para distribuir alta tensão CA ou energia CC a partir do suprimento de energia 120. Em uma realização, a rede de cabeamento 150 compreende um par de finos fios para distribuir energia CA ou CC de alta tensão (HT), por exemplo, em 270V CC. Usar tais fios não só proporciona um cabo relativamente leve como também proporciona proteção de tensão de modo comum para quaisquer dispositivos conectados aos mesmos. Isto é particularmente útil quando a primeira rede de cabeamento 150 é distribuída substancialmente sobre toda a estrutura da aeronave à medida que então, proporciona boa proteção aos dispositivos na aeronave a partir de interferência eletromagnética (EMI) causada por tempestades, trovoadas, etc.

Em realizações alternativas, três ou quatro fios relativamente finos podem ser usados para distribuir energia de HT CA a partir do suprimento de energia 120. O cabeamento de HT é relativamente leve à medida que os diâmetros de núcleo dos condutores inseridos são pequenos. Por exemplo, a 20 primeira rede de cabeamento 150 pode incluir cabeamento de HT classificação para operação CC ou CA em: >100V, >200V, >250V, cerca de 230V, 270V, - 270V, ±270V, 540V, etc. O uso de fino cabeamento não só poupa peso, como também torna o cabeamento necessário relativamente flexível e facilita assim o duto por uma estrutura da aeronave.

O sistema de distribuição de energia 100 também inclui, pelo

menos, um conversor de energia de comutação integrado 180 conectado ao suprimento de energia 120 através da primeira rede de cabeamento 150. Os conversores de comutação são preferidos visto que apresentam maior eficácia comparada aos reguladores lineares. Por exemplo, os conversores de energia de comutação integrados das realizações descritas abaixo, em referência às Figuras 3 a 6 podem ser usados. Tais conversores de energia de comutação integrados 180 podem ser distribuídos ao redor de uma fuselagem da aeronave 5 próxima á respectiva carga (ou cargas) 170 que eles devem ser acionados. Uma segunda rede de cabeamento 160, com capacidade de rede maior relativamente pequena, pode ser, assim, usada para conectar a carga elétrica(s) 170 a uma respectiva saída de um conversor de energia de comutação integrado 180 associado. Desta maneira, a(s) carga elétrica(s) 170 10 pode(m) estar localizada(s) próxima(s) ao(s) conversor(s) de energia de comutação integrado(s) 180 que as acionam e as protegem.

Em várias realizações preferidas, o comprimento médio Lout_av dos fios do conector da segunda rede de cabeamento 160, que conecta os conversores de energia de comutação integrados 180 às respectivas cargas 15 elétricas 170 é menor que o comprimento médio LPSu_av dos fios que conectam o suprimento de energia 120 ao conversor de energia de comutação integrado(s) 180, tal que Lpsu_av > Lout_av· Em várias realizações, a(s) carga(s) pode(m) estar localizada(s) próxima(s) ao respectivo conversor de energia de comutação integrado tal que: L0ut_av « LPSu_av, Lout_av < LPSu_av / 2, L0ut_av < 20 Lpsu_av / 5, Lout_av < Lpsu_av / 10, ou I_out_av < Lpsu_av / 100, sendo que o respectivo peso total da rede de cabeamento se reduz cada vez menos conforme a segunda rede de cabeamento 160 é comparada à primeira rede de cabeamento 150.

Várias disposições do condutor podem estar situadas nas primeiras e/ou segundas redes de cabeamento 150, 160. Por exemplo, fios ou equivalentes elétricos dos mesmos podem ser fornecidos por um barramento, etc. Por exemplo, uma barra de barramento de forma sólida que é revestida em pó pode ser apresentada. Os condutores de fio-único, múltiplos fios, de cobre, de alumínio, etc. Os condutores elétricos podem também ser usados para fornecer as estruturas condutoras requeridas para acoplamento de energia conforme seria aparente para os que são versados na técnica.

Embora a primeira rede de cabeamento possa ser configurada 5 para distribuir energia elétrica por uma fuselagem da aeronave, a segunda rede de cabeamento 160 pode incluir cabeamento para CC. Tal cabeamento de CC pode ser classificação para operação de baixa tensão (por exemplo, em <30V) e ser assim, relativamente pesado por comprimento de unidade quando comparado ao cabeamento de HT. Em várias realizações, o cabeamento de 10 CC pode ser configurado para fornecer energia elétrica em uma taxa de >5kW, >10kW, cerca de 20kW, ou >20kW. Por exemplo, a energia 19.6kW pode ser fornecida em 28V para uso na cabine da aeronave.

Em várias realizações, o(s) conversor de energia de comutação integrado inclui pelo menos um conversor de energia CC-CC. O(s) conversor 15 de energia de comutação integrado pode também ser configurado para fornecer um equivalente funcional distribuído de uma unidade retificadora com transformador (TRU). Tal (tais) conversor de energia de comutação integrado(s) pode(m) ser flexivelmente adaptado para propósitos específicos, e deste modo, novas cargas podem ser adicionadas aos sistemas existentes sem 20 a necessidade de colocar nova fiação ou substituir a rede de distribuição de energia primária inteira. Pode haver, por exemplo, o desejo ou necessidade de adicionar uma ou mais cargas que requerem uma tensão de suprimento de energia que não estivesse anteriormente disponível na aeronave.

Certos sistemas de distribuição de energia apresentados, de acordo com várias realizações da presente invenção, são assim muito mais fáceis de reconfigurar, modificar, ou ajustar que os sistemas de distribuição de energia convencionais da aeronave.

A Figura 3 mostra um conversor de energia de comutação integrado 280, de acordo com uma realização da presente invenção. O conversor de energia de comutação integrado 280 compreende um estágio de conversão de energia combinado energia e um estágio do SSPC. O estágio do SSPC pode ser usado para proporcionar uma função de proteção do cabo proteção sem apresentar qualquer regulagem.

O conversor de energia de comutação integrado 280 tem uma linha de entrada de energia 250 conectada a um transformador 251. A energia abastecida na linha de entrada de energia 250 é convertida pelo conjunto de circuitos de conversão de tensão em energia CC para acionar uma carga 270. 10 A bobina primária 252 do transformador 251 é conectada ao conjunto de circuitos de controlador de energia em estado sólido para proporcionar regulagem de energia e proteção ao conversor de energia de comutação integrado 280.

A linha de entrada de energia 250 é conectada a um lado da 15 bobina primária 252. O outro lado da bobina primária 252 é conectado ao dreno de uma energia MOSFET 256. A conexão de fonte da MOSFET 256 está conectada ao solo através de um resistor de sentido de corrente 262. Um diodo polarizado inversamente 258 está situado através das conexões de dreno e da fonte do MOSFET 256 de modo a prevenir dano EMF induzido de volta ao 20 MOSFET 256. A conexão de substrato do MOSFET 256 é conectada ao potencial da fonte, enquanto que a conexão de porta é acoplada a um controlador de conversão 272 através de um resistor 268.

As entradas para um amplificador operacional 264 são conectadas através do resistor de sentido de corrente 262. O amplificador 25 operacional 264 é configurado para proporcionar um ganho fixo predeterminado. A saída do amplificador operacional 264 então fornece um sinal de detecção de corrente que é enviado ao controlador de conversão 272. O controlador de conversão 272 é acoplado a um SSPC 274. O SSPC 274 é energizado por um suprimento de CC 282 e controla o controlador de conversão 272 tal que o controlador de conversão 272 então regula a corrente na bobina primária 252 através da modificação da tensão aplicada ao portão da energia MOSFET 256 através do resistor 268. De forma vantajosa, nenhuma falha do MOSFET 256 tanto no estado aberto quanto no estado pesado evitará que a carga 270 seja abastecida com energia. O sentido de corrente para o SSPC 274 é tomado a partir de uma saída 294 de um circuito de sentido de corrente 292 usado para medir a corrente de entrada para carga 270. A corrente de saída é assim, medida pelo SSPC 274 e uma decisão pode ser assim, tomada para desativar o conversor de comutação. O circuito de sentido de corrente 292 pode, por exemplo, ser fornecido por um resistor de sentido de corrente similar/disposição de op-amp, conforme for usado para fornecer sinal de detecção de corrente para o controlador de conversão 272. Este projeto pode assim, ser usado em várias formas para apresentar um sistema de distribuição de energia inerentemente seguro contra falhas.

Uma primeira extremidade de uma bobina secundária 254 do transformador 251 é conectada em série a um primeiro diodo retificador 284 e um estrangulador 288 à carga 270. A primeira extremidade da bobina secundária 254 é conectada ao anodo do primeiro diodo retificador 284. Uma 20 segunda extremidade da bobina secundária 254 é conectada à carga e ao anodo de um segundo diodo retificador 286. Os cátodos do primeiro e do segundo diodos retificadores 284, 286 são conectados juntos e a uma extremidade do estrangulador 288. A outra extremidade do estrangulador 288 é conectada à carga 270 através de circuito de sentido de corrente 292. Os 25 conectores de saída 260 acoplam os terminais de um capacitor de alisamento 290 em paralelo através da carga 270 e do circuito de sentido de corrente 292. A parte frontal do capacitor de alisamento 290 não conectado eletricamente ao estrangulador 288 é conectado tanto á carga 270 quanto ao anodo do segundo diodo retificador 286.

Em operação, o primeiro e o segundo diodo retificadores 284, 286, estrangulador 288 e capacitor de alisamento 290 atual de modo a retificar e alisar a energia CA fornecida pela bobina secundária 254. Um suprimento de CC é assim fornecido à carga 270 a partir dos conectores de saída 260.

A Figura 4 mostra uma curva de proteção l2t de distribuição 210 para o conversor de energia de comutação integrado 280 da Figura 3. A curva de proteção l2t de distribuição 210 ilustra como a saída de corrente, a partir dos conectores de saída 260 à carga 270 está temporariamente limitada, de forma 10 a proteger a carga 270 e a rede de cabeamento que conecta o conversor de energia de comutação integrado 280 ao mesmo.

Uma área de curta duração 216 cuja corrente é limitada a um nível máximo 212 (por exemplo, 600% da taxa de corrente constante máxima) por um período Δ é mostrada. A área de curta duração 216 é administrada pelo 15 controlador de conversão 272, em uma base de ciclo por ciclo. Esta, por sua vez, é monitorada pelo SSPC 274, que também controla uma área funcional l2t 214. O SSPC 274 tem o mesmo sinal de sentido de corrente como controlador de conversão 272, mas tem uma autoridade completa para inibir o estágio de conversão de energia. Esta combinação pode assim, fornecer uma função de 20 conversão de energia integrada completa da proteção de carga e controle de comutação distribuído.

A Figura 5 mostra um conversor de energia de comutação integrado 380, de acordo com outra realização da presente invenção. O conversor de energia de comutação integrado 380 inclui um conjunto de três 25 linhas de energia de entrada 350. The linhas de energia de entrada 350 fornecem uma energia de três fases a um corretor de energia 382. O cabeamento conectado às linhas de energia de entrada 350 pode se conectar ao cabeamento de baixa corrente de alta tensão de uma primeira rede de cabeamento (não mostrado), e fornece energia de entrada ao conversor de energia de comutação integrado 380. O corretor de energia 382 fornece correção de fator de energia que faz com que o sistema elétrico apareça como um resistor para qualquer fonte a montante. Tal correção de fator de energia é 5 frequentemente mandatada para maioria de aplicações no espaço aéreo, e pode fornecer uma saída usando um barramento de ligação de alta tensão CC, que opera em um potencial maior do que a entrada pode gerar.

O corretor de energia 382 produz um potencial de saída de CC entre uma primeira linha energia CC 383 e uma segunda linha de energia CC 10 385. Três Conversores CC-CC 384 são situados em paralelo com uma à outra. Também conectada entre a primeira e a segunda linha de energia CC 383, 385 está um capacitor de alisamento 351. Uma entrada CC é assim, apresentada para cada um dos conversores CC-CC 384.

Os conversores CC-CC 384 são controlados por uma unidade de 15 controle 360 através da primeira e segunda linha de controle 357, 359. Cada respectivo conversor CC-CC 384 é também dotado de um par de conectores de saída 362 para se conectarem a uma segunda rede de cabeamento (não mostrado). Uma vantagem de usar os conversores CC-CC 384 é de fornecer redundância com Iocalised shorting proteção. O uso da conversão CC para CC, 20 adicionalmente apresenta a vantagem de que, se a unidade de controle 360 falhar, o conversor de energia de comutação integrado 380 irá parar de trabalhar de modo que nenhuma energia é transferida através do transformador 386 do suprimento às cargas, fornecendo assim um modo de falhas inerentemente seguro para este projeto.

Em operação, a unidade de controle 360 fornece sinais de

controle de comutação aos respectivos dos conversores CC-CC 384 para regular a tensão de saída e limitar a corrente fornecida pelos conectores de saída 362. Os sinais de controle de comutação podem, por exemplo, fornecer controle de modulação de largura de pulso (PWM) aos conversores CC-CC 384. Conforme é conhecido na técnica, a PWM pode ser usada para fornecer dois estados de controle para o dispositivo de comutação, isto é, uma queda de tensão com nenhuma/baixa corrente ou corrente com nenhuma /baixa queda 5 de tensão. Portanto, uma baixa perda de energia ocorre na troca por si comparada, por exemplo, a um esquema de acionamento linear cujas perdas resistivas no MOSFET por si, seriam altas. A comutação de ciclo de funcionamento fixado ou variável pode também ser usada.

A unidade de controle 360 preferencialmente também inclui uma unidade de microprocessador (não mostrada). A unidade de microprocessador pode ser usada para adicionar processamento algorítmico ao conversor de energia de comutação integrado 380 tal que a funcionalidade do SSPC é fornecida. Ao integrar um conversor de comutação a uma função do SSPC, várias realizações da presente invenção são capazes de dispensar com alta energia MOSFET de saída SSPC convencionais que são normalmente requeridas para uma saída de alta corrente e, ao invés disso, fornecer uma função SSPC local que pode desativar uma baixa troca de energia, por exemplo, tal como um MOSFET, usado para fornecer a funcionalidade de troca no conversor. Opcionalmente, vários sensores de corrente (não mostrados) podem também estar situados no conversor de energia de comutação integrado 380 que pode, então, ser monitorado pela unidade de controle 360.

A Figura 6 mostra um conversor CC-CC 384 para uso no conversor de energia de comutação integrado 380 da Figura 5. A primeira linha de energia CC 383 é conectada a uma conexão de dreno de uma primeira 25 troca FET 381. A conexão de porta da primeira troca FET 381 é conectada à primeira linha de controle 357. A segunda linha de energia CC 385 é conectada a uma conexão de fonte de uma segunda troca FET 387. A conexão de porta da segunda troca FET 387 é conectada à segunda linha de controle 359. Uma ou mais da primeira e segunda trocas FET 381, 387 podem ser obtidas ao usar transistores de efeito de campo de carbeto de silício (SiC). Tais SiC FETs são particularmente úteis onde suprimentos de HT são apresentados.

Um transformador 386 é também situado no conversor CC-CC 5 384. A bobina primária 388 do transformador 386 conecta a fonte da troca FET 381 ao dreno da segunda troca FET 387. As trocas FET 381, 387 são protegidas da EMF traseira por um segundo diodo 364 e um segundo diodo 366. O anodo do primeiro diodo 364 é conectado à segunda linha de energia CC 385 e o catodo do primeiro diodo 364 é conectado à fonte da primeira troca 10 FET 381. O cátodo do segundo diodo 366 é conectado à primeira linha de energia CC 383 e o anodo do segundo diodo 366 ao dreno da segunda troca FET 387.

A bobina secundária 390 do transformador 386 é afilada para o centro. O afilamento para o centro fornece um primeiro conector de saída 362. 15 O segundo conector de saída 362 é conectado ao cátodo de um primeiro diodo retificador 369. O anodo do primeiro diodo retificador 369 é conectado a uma extremidade da bobina secundária 390. A segunda extremidade da bobina secundária 390 é conectada ao anodo de um segundo diodo retificador 368. O cátodo do segundo diodo retificador 368 é também conectado ao segundo 20 conector de saída 362. um capacitor 371 é adicionalmente situado entre o primeiro e o segundo conector de saída 362 para CC redução de onda.

Qualquerfalha de uma ou mais das trocas FET 381, 387 (tanto no modo de circuito aberto quanto no modo de curto circuito) evitará que qualquer energia seja transferida através do transformador 386, fornecendo assim adicional proteção inerente ao conversor de energia de comutação integrado 380 de tal falha de componente.

Embora vários aspectos e realizações da presente invenção tenham sido descritos no presente documento, certas variações se tornarão evidentes aos que são versados na técnica. Por exemplo, os que são versados na técnica notarão que o uso de vários conversores de energia de comutação integrados pode permitir que uma primeira rede de cabeamento opere somente usando um único suprimento de tensão, permitindo assim a substituição de múltiplos barramentos de tensão encontrados no sistema de distribuição de energia convencionais da aeronave. Por exemplo, uma primeira rede de cabeamento pode usar um suprimento 230V CA ou +/- 270V CC com conversão de energia local, que, então, é empregado por vários conversores de energia de comutação integrados para criar as tensões específicas requeridas para qualquer carga particular, de forma localizada. Tais configurações podem, assim, ser usadas para também reduzir a complexidade do cabeamento, o volume dos componentes usados, e o peso total para vários sistemas de distribuição de energia da aeronave. Por exemplo, é contemplado que várias realizações da presente invenção podem apresentar uma redução de peso de 30% no peso total da rede de cabeamento.

Adicionalmente, os que são versados na técnica estarão cientes de que várias disposições de barramento de energia de baixa-tensão podem usar um único barramento de energia com um retorno ou linha terrestre que é obtida por vários componentes condutores de uma fuselagem da aeronave. 20 Vários conversores de energia de comutação integrados, de acordo com realizações da presente invenção, podem também ser apresentados como únicos componentes empacotados, por exemplo, como o conjunto de circuitos dos mesmos formados como um single circuito integrado (IC) em uma pastilha semicondutora comum.

Será também compreendido pelos que são versados na técnica

que os conversores de energia de comutação integrados podem ser apresentados para adicionar a capacidade de atualização a um sistema de suprimento de energia convencional. Tais conversores de energia de comutação integrados podem, sem qualquer limitação, tanto individualmente quanto em combinação, ser usados para fornecer energia a uma ou mais cargas em uma ou mais tensões.

Referências

1. US 2006/005124 (HoneyweII) 2. US 2008/0111420 (HoneyweII) 3. US 2008/0234838 (HoneyweII) 4. EP 2 161 829 (HoneyweII) 5. US 2010/0252691 (Rolls-Royce) 6. US 2004/0156154 (HoneyweII) 7. D. Izquierdo et al, “Protection Devices for Aircraft Electrical Power Distribution Systems: A Survey,” Industrial Electronics, IECON 2008, 34th Annual Conference IEEE, pp. 903-908, 10-13 November 2008

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9. US 2010/0172063 (HoneyweII)

10. US 2011/0012607 (HoneyweII)

Onde for permitido, o conteúdo das referências mencionadas

acima são assim, também incorporadas neste pedido por referência em sua integridade.

Claims

1. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, para uma aeronave, sendo que o sistema de distribuição de energia compreende: uma primeira rede de cabeamento conectada a um suprimento de energia; pelo menos um conversor de energia de comutação integrado conectado ao suprimento de energia através da primeira rede de cabeamento; e pelo menos uma carga elétrica conectada a uma respectiva saída de um respectivo conversor de energia de comutação integrado através de uma segunda rede de cabeamento.

2. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 1, em que uma respectiva carga elétrica está localizada próxima ao respectivo conversor de energia de comutação integrado que alimenta a dita carga elétrica.

3. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que o comprimento (Lout) dos fios do conector de saída da segunda rede de cabeamento que conectam um conversor de energia de comutação integrado à sua respectiva carga elétrica é menor que o comprimento (LPsu) dos fios do conector que conectam o suprimento de energia ao respectivo conversor de energia de comutação integrado.

4. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 3, em que LPsu > Lout tal que: L0ut < LPSu / 2, Lout < LPsu / 5, Lout < LPsu /10, ou Lout < LPsu 1100.

5. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que a segunda rede de cabeamento inclui cabeamento para CC.

6. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 5, em que o cabeamento para CC está classificado para operação de baixa tensão e uma energia de >5kW, >10kW, cerca de 20kW, ou >20kW.

7. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 6, em que a baixa tensão é menor que 30V.

8. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que a primeira rede de cabeamento inclui cabeamento HT classificado para operação de CC ou CA em: >100V, >200V, >250V, cerca de 230V, 270V, ou 540V.

9. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que a primeira rede de cabeamento inclui cabo de alta tensão CC que tem condutores gêmeos.

10. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que o pelo menos um conversor de energia de comutação integrado inclui, pelo menos, um conversor de energia CC-CC.

11. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, de acordo com qualquer reivindicação precedente, que compreende uma pluralidade de conversores de energia de comutação integrados configurados juntos para fornecerem um equivalente funcional distribuído de uma unidade retificadora com transformador (TRU).

12. CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO PARA USO EM UMA AERONAVE, sendo que o conversor de energia de comutação integrado compreende: conjunto de circuitos de conversão de tensão para converter uma tensão de entrada em um primeiro nível em uma tensão de saída em um segundo nível; conectores de saída para conectar a tensão de saída a uma ou mais cargas; e conjunto de circuitos de controlador de energia em estado sólido para regular a tensão de saída e/ou corrente fornecida pelos conectores de saída para a uma ou mais cargas.

13. CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO, de acordo com a reivindicação 12, que é fornecido em um pacote de componente único.

14. CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO, de acordo com a reivindicação 12 ou reivindicação 13, em que o conjunto de circuitos de conversão de tensão e o conjunto de circuitos de controlador de energia em estado sólido são formados juntos como um circuito integrado.

15. CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, em que o conjunto de circuitos de conversão de tensão e o conjunto de circuitos de controlador de energia em estado sólido compreendem um ou mais transistores de efeito de campo (FETs) de carbeto de silício (SiC).

16. CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, em que o conjunto de circuitos de controlador de energia em estado sólido é operável para fornecer proteção l2t aos conectores de saída.

17. CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 16, em que o conjunto de circuitos de conversão de tensão compreende um ou mais conversores de comutação.

18. CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO, de acordo com a reivindicação 17, em que o dito um ou mais conversores de comutação incluem, pelo menos, um conversor CC-CC.

19. CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO, de acordo com a reivindicação 17 ou a reivindicação 18, em que o conjunto de circuitos de controlador de energia em estado sólido compreende uma unidade de controle operável para controlar o dito um ou mais conversores de comutação fornecidos pelo conjunto de circuitos de conversão de tensão.

20. CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO, de acordo com a reivindicação 19, em que a unidade de controle é também operável para detectar a saída de corrente através dos conectores de saída.

21. CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO, de acordo com a reivindicação 19 ou a reivindicação 20, em que a unidade de controle é operável para implantar processamento algorítmico no conversor de energia de comutação integrado para proporcionar funcionalidade ao controlador de energia em estado sólido (SSPC).

22. CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO, de acordo com qualquer uma das reinvindicações 19 a 21, em que a unidade de controle é operável para implantar um esquema de modulação de largura de pulso (PWM) para fornecer um ciclo de funcionamento de comutação variável para controlar a saída do um ou mais conversores de comutação.

23. SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, para uma aeronave substancialmente conforme descrito anteriormente no presente documento em referência aos desenhos anexos.

24. CONVERSOR DE ENERGIA DE COMUTAÇÃO INTEGRADO, para uso em uma aeronave substancialmente conforme descrito anteriormente no presente documento em referência aos desenhos anexos.