CN105375610A - 配电系统的电路板的供电系统 - Google Patents

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Abstract

配电系统的电路板的供电系统，所述供电系统包括至少两个保护板(2a，2b)，每个保护板(2a，2b)能够基于输电线路(4a，4b)控制至少一个被保护路径(3a，3b)的供电，其特征在于，每个保护板(2a，2b)包括至少一个电压转换器(13a，13b)，所述电压转换器(13a，13b)能够基于供电电压提供保护板的内部供电电压，第一保护板(2a)的电压转换器(13a)连接到至少一个第二保护板(2b)，以便能够在所述第二保护板(2b)的电压转换器(13b)故障的情况下提供所述第二保护板(2b)的内部供电。

Description

配电系统的电路板的供电系统
技术领域
本发明涉及电路板的电能供应领域，尤其涉及配电系统中的电路板的电能供应。
背景技术
航空器通常具有电能系统，该电能系统尤其包括用于分配电能的一次配电系统和二次配电系统。二次配电系统使保护和分配源自内部电源或外部电源的电能成为可能，所述内部电源例如发电机或电池，所述外部电源例如地面电能设施。
二次配电系统由若干电路板组成：计算和通信板(EDMU)以及保护板(SSPC)。某些配置有时包括特定的供电板。
(电路)板的内部电子功能(器件)通常通过专用28V线路，或者直接基于来自一次核心的电源被供电，或者通过二次配电系统内部的供电板被供电。
图1示出装配有保护板的机架1的供电系统，保护板标记为2a、2b和2c，用以确保三组称为被保护路径的SSPC路径的保护，被保护路径标记为3a、3b和3c。出于清楚的目的，没有示出用于保护板的逻辑控制的EDMU板。
每个保护板2a、2b和2c包括两个供电输入，第一输入4a、4b和4c和第二输入5a、5b和5c。第一输入4a、4b和4c连接到输电线路，用于通过保护板分配给由至少一个被保护路径连接的不同负载，第二输入5a、5b和5c连接到辅助供电线路，用于保护板和被保护路径的内部供电。用于内部供电的输入出于实用性(availability)原因可选地被制成冗余的(两个输入)。内部总线由输入6a、6b、6c、7a、7b和7c连接到保护板。
每个保护板包括单个的直流/直流(DC/DC)转换器(8a、8b和8c)，该DC/DC转换器将在第二输入5a、5b和5c上接收的电压转换为由保护板的内部电子功能所使用的电压(通常为12V，33V等)，尤其是微处理器9a、9b和9c的供电所使用的电压、用于控制被保护路径的晶体管10a、10b和10c的控制信号的产生所使用的电压、以及电流和电压的测量所使用的电压。
考虑到保护板的其它元件或者被制成冗余的，或者专用于被保护路径，该DC/DC转换器实际上成为保护板和被保护路径的所有功能共享的公共点。在DC/DC转换器故障的情形下，保护板和该板的被保护路径的所有功能丢失。
此外，SSPC的电能供应和内部电能供应之间通常产生隔离，以防止电能供应上的简单故障传播到SSPC的电子器件。
在另一典型实施方式中，如图2所示，内部供电由供电板11提供。供电板11包括DC/DC转换器，DC/DC转换器具有附图标记11a，该DC/DC转换器提供一个被调节和被保护的电压，从而使简化保护板的DC/DC转换器8a、8b和8c的设计成为可能。
该电压还可以为冗余的，如果安全需求如此要求的话。冗余可被扩展到供电板11的DC/DC转换器11a。图3示出了这样的示例，在图3中，供电板11包括由两个调节电压轨(rail)供电的两个DC/DC转换器11a和11b，每个轨以冗余的方式为每个保护板的各个DC/DC转换器8a、8b和8c供电。
最后，冗余可被扩展到保护板的DC/DC内部转换器8a、8b和8c，由此消除图1-3中由该功能表示的公共点。图4示出了这样的示例，在图4中，每个保护板2a、2b和2c包括两个DC/DC转换器，分别为8a和12a、8b和12b以及8c和12c，每个DC/DC转换器由供电板11的不同DC/DC转换器11a和11b供电。每个保护板的两个DC/DC转换器提供保护板的内部供电电压。
这种结构存在电功能和逻辑功能之间分离的优势，以及实用性和SSPC成本根据采用的方案而不同的优势。然而，它们也显示出需要专用供电板的缺点，该缺点包括板的机架中的额外关联关系和附加质量，以及额外的开发、制造和维护成本。对于保护板的各个机架，这些额外成本还用在外部供电的成对(twinning)线路上和内部供电的成对轨中一个(twinrail)上。
对供电系统而言，存在这样的需要：电路板不需要任何供电板，而且用最低成本提供最高实用性水平。
发明内容
本发明的主题是电路板的供电系统，所述供电系统包括至少两个保护板，每个所述保护板能够基于输电线路控制至少一个被保护路径的供电。每个保护板包括至少一个电压转换器，所述电压转换器能够基于供电电压提供所述保护板的内部供电电压，第一保护板的电压转换器被连接到至少一个第二保护板，以便能够在所述第二保护板的电压转换器故障的情况下提供所述第二保护板的内部供电。
所述电压转换器可由呈现不同电压的输电线路和辅助供电线路供电。
所述系统可包括供电选择无源装置，所述供电选择无源装置能够在第一保护板的电压转换器提供的电压不存在(absent)时，利用第二保护板的电压转换器提供的电压提供第一保护板的内部供电。所述供电选择无源装置包括第一输入、第二输入和输出，所述第一输入连接到第二保护板的电压转换器，所述第二输入连接到第一保护板的电压转换器，所述输出连接到所述第一保护板的内部供电。所述第一输入连接到第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接到第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接到所述输出。所述第二输入连接到第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接到所述输出。
每个保护板的电压转换器可通过公共备用供电总线能连接到至少一个其它保护板的内部供电。
每个保护板的电压转换器可提供至少两个保护板的内部供电。
所述系统可包括互联装置，所述互联装置能够在第一保护板的电压转换器提供的电压不存在时，利用第二保护板的电压转换器提供的电压提供第一保护板的内部供电，所述互联装置包括所述第一保护板的电压转换器，所述电压转换器在输入处连接到输电线路和辅助供电线路，所述电压转换器在输出处连接到保护单元，所述保护单元自身在输出处通过第一二极管的阳极连接到所述第一二极管，第一二极管的阴极连接到公共备用供电总线，第二二极管的阳极连接在所述电压转换器的输出和所述保护单元的输入之间，所述第二二极管的阴极连接到所述第一保护板的内部供电，所述互联装置包括连接到所述公共备用供电总线和连接到断路器的第一端子的输入，所述断路器的第二端子连接到第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接到所述第二二极管的阴极和所述第一保护板的内部供电。
第一保护板的电压转换器和另一保护板的内部供电之间的每个连接可在输入处由熔断器保护，所述熔断器用于使所述第一保护板的电压转换器与第二保护板的内部供电隔离，以便限制所述第一保护板的电压转换器的故障传播到所述第二保护板的内部供电，以及，每个连接还在输出处由保护单元保护，以便避免所述第二保护板的内部供电的故障传播到所述第一保护板的电压转换器。
保护单元可以是受电流或熔断器限制的独立部件。
附图说明
当阅读以下的描述时，本发明的其它的目的、特征和优势将变得明显，以下的描述仅通过非限制性示例并参考附图给出，其中：
图1示出装配有保护板的机架的供电系统；
图2示出装配有保护板的机架的另一典型供电系统，该保护板包含板PS；
图3示出机架的另一典型供电系统，该机架装配有具有冗余供电板的保护板；
图4示出机架的另一典型供电系统，该机架装配有具有冗余供电的保护板、和冗余供电板；
图5示出根据本发明的电路板的供电系统的第一实施例；
图6示出供电选择无源装置；
图7示出根据本发明的电路板的供电系统的第二实施例；以及
图8示出与公共备用供电总线互联的装置。
具体实施方式
图5示出保护板供电系统的第一实施例，其中内部的电源供应器串在一起。
相对于前面的示例，该系统没有供电板11。
可以看出该实施例还因为以下事实不同于上文描述的那些内容：每个保护板特定的电压转换器13a、13b和13c以与前面的示例中连接到保护板的内部供电相似的方式连接到辅助供电线路以及为被保护路径供电的输电线路4a、4b和4c。
因此，电压转换器13a、13b和13c包括与上文描述的那些DC/DC转换器相似的DC/DC转换功能，并且还包括整流交流(AC)电压的功能，以便能通过两种不同的供应电压运作，包括如果他们具有不同的特性(如，115V的AC输电线路，28V的DC辅助线路)。
该方案能够在输电线路故障的情况下(如输送期间电压为空)具有稳定的供电，从而避免保护板的重新初始化，并因此能够最快返回到负载的供电，或避免负载短路引起经由保护板的供电骤降。
该方案还能够在航空器在地面上运作，而所有或部分一次供电非活跃的情况下，具有稳定供电。然后保护板可以由辅助供电来供电用于维护操作。
由于已经由输电线路4a、4b和4c提供了冗余，因此该方案避免了必须使辅助供电输入5a、5b和5c冗余。
此外，通过将保护板串接在一起确保了保护板的电压转换器13a、13b和13c的冗余，以便保护板的DC/DC转换器为相邻的保护板供电。然后电压转换器13a、13b和13c被设定为为两个保护板供电。在保护板的电压转换器13a、13b和13c故障的情况下，相邻的保护板确保供电的连续性。
由于双倍功率的单供电总是体积更小且最重要的是比双供电更便宜，因此该方案比在保护板上使电压转换器13a、13b和13c成对更具优势。
在每个保护板的层面上，源自相邻板的外部供电输入14a、14b和14c以如下方式与源自电压转换器13a、13b和13c的内部供电同样设置：内部供电具有优先权。图6示出了包括第一二极管15的供电选择无源装置，第一二极管15通过其阳极连接到外部供电14，且通过其阴极连接到第二二极管16的阳极，第二二极管16的阴极连接到保护板的内部供电。供电选择无源装置还包括第三二极管17，第三二极管17通过其阴极连接到保护板的内部供电，且通过其阳极连通到由电压转换器13产生的电压。由于供电电压的可调节特性以及出现在非理想二极管的端子两端的电压降，如果由某保护板的DC/DC转换器产生的电压不存在，外部供电可仅为该保护板供电。
多个点处的电压测量(二极管的中点处的12V内，12V外，12V)能够诊断供电故障或二极管故障。
从一个板输出到另一板的外部供电线路14被保护(例如由熔断器保护)，从而避免故障在板之间传播。
这种实施例体现出实用性优势，相当于以最简单方案的成本根据现有技术实现最复杂的方案。
图7示出保护板供电系统的第二实施例，其中内部供电通过公共备用供电总线18而成为冗余的。
每个板的电压转换器13a、13b和13c被设定从而提供供电，该供电相当于两个保护板所必需的供电。每个板的电压转换器13a、13b和13c的输出连接到公共备用供电总线18。在板供电故障的情况下，公共备用供电总线18向该故障板提供供电电压。
相对于前面的实施例，如果n/2-1个保护板的DC/DC转换器遭到故障，n个保护板的供电系统能够维持所有板的功能。
图8示出一种用于将保护板互联到公共备用供电总线18、来自输电线路4的供电、以及来自辅助供电线路3的供电的装置。
该互联装置包括电压转换器13，如第一实施例的情况，电压转换器13在输入处被连接到输电线路4以及辅助供电线路3。电压转换器13在输出处被连接到被保护的或熔融的离散输出DSO类型的保护单元19，保护单元19自身在输出处通过第一二极管20的阳极连接到第一二极管20，第一二极管20在输出处通过其阴极连接到公共备用供电总线18。
电压转换器13的输出和保护单元19的输入之间连接第二二极管21的阳极。第二二极管21的阴极连接到保护板的内部供电。
此外，上述互联装置包括连接到公共备用供电总线18和连接到断路器22的第一端子的输入，断路器22的第二端子连接到第三二极管23的阳极。第三二极管23的阴极连接到第二二极管21的阴极和保护板的内部供电。
上述互联装置允许供电的公共池(pooling)通过二极管。只有板的内部电压已失效(fail)时，由板获取(draw)来自公共备用供电总线的供电。
此外，连接公共备用供电总线18的每个点被保护。在输入处，熔断器被设置在头部，旨在万一内部短路，使板与总线隔离，从而避免故障从板到总线传播。
在输出处，来自电压转换器13的去往备用供电总线的供电被基于电流限制的离散输出(DSO)保护。在电流超出的情况下，离散输出DSO切断线路，从而避免故障从总线到内部供电传播。
不同电压由板的微处理器测量以便诊断任何故障(熔断器、二极管、转换器)。在这种目标下，可设想不同的测量点，尤其是在电压转换器13的输出处、第二二极管21的阳极和保护单元19之间、保护单元19的输出和第一二极管20的阳极之间、断路器22的第二端子和第三二极管23的阳极之间、第二二极管和第三二极管的阴极的下游。这些不同的测量点能够确定互联装置的所有或部分组件的故障。
应注意的是，这种类型的保护可应用到第一实施例。
图7和8示出的实施例体现出实用性优势，相当于在图1至4示出的方案中最复杂的方案，但具有最简单方案的成本。
此外，鉴于在互联装置层面描述的保护设备，位于备用总线层面的公共点的建立不影响安全性。
作为变形，可以在保护板的一个机架或相同机架内建立若干备用供电总线，从而板的第一部分共享第一备用总线，而板的第二部分共享第二备用总线。这能够避免在机架上部署一个作为整体的公共点。

Claims (8)

1.配电系统的电路板的供电系统，所述供电系统包括至少两个保护板(2a，2b)，每个保护板(2a，2b)能够基于输电线路(4a，4b)控制至少一个被保护路径(3a，3b)的供电，其特征在于，每个保护板(2a，2b)包括至少一个电压转换器(13a，13b)，所述电压转换器(13a，13b)能够基于供电电压提供所述保护板的内部供电电压，
第一保护板(2a)的电压转换器(13a)连接到至少一个第二保护板(2b)，以便能够在所述第二保护板(2b)的电压转换器(13b)故障的情况下提供所述第二保护板(2b)的内部供电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压转换器(13a，13b)能够由呈现不同电压的所述输电线路(4a，4b)和辅助供电线路(5a，5b)供电。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统包括供电选择无源装置，所述供电选择无源装置能够在第一保护板(2a)的电压转换器(13a)提供的电压不存在时，利用第二保护板(2b)的电压转换器(13b)提供的电压提供第一保护板(2a)的内部供电，其中
所述供电选择无源装置包括第一输入、第二输入和输出，所述第一输入连接到第二保护板(2b)的电压转换器(13b)，所述第二输入连接到所述第一保护板(2a)的电压转换器(13a)，所述输出连接到所述第一保护板(2a)的内部供电，
所述第一输入连接到第一二极管(15)的阳极，所述第一二极管(15)的阴极连接到第二二极管(16)的阳极，所述第二二极管(16)的阴极连接到所述输出，
所述第二输入连接到第三二极管(17)的阳极，所述第三二极管(17)的阴极连接到所述输出。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，每个保护板的电压转换器通过公共备用供电总线(18)连接到至少一个其它保护板的内部供电。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，每个保护板的电压转换器能够提供至少两个保护板的内部供电。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述系统包括互联装置，所述互联装置能够在第一保护板(2a)的电压转换器(13a)提供的电压不存在时，利用第二保护板(2b)的电压转换器(13b)提供的电压提供所述第一保护板(2a)的内部供电，
所述互联装置包括所述第一保护板(2a)的电压转换器(13a)，所述电压转换器(13a)在输入处连接到所述输电线路和所述辅助供电线路，
所述电压转换器(13a)在输出处连接到保护单元(19)，所述保护单元(19)自身在输出处通过第一二极管(20)的阳极连接到所述第一二极管(20)，所述第一二极管(20)的阴极连接到所述公共备用供电总线(18)，
第二二极管(21)的阳极连接在所述电压转换器的输出和所述保护单元(19)的输入之间，所述第二二极管(21)的阴极连接到所述第一保护板(2a)的内部供电，
所述互联装置包括连接到所述公共备用供电总线(18)和连接到断路器(22)的第一端子的输入，所述断路器(22)的第二端子连接到第三二极管(23)的阳极，所述第三二极管(23)的阴极连接到所述第二二极管(21)的阴极和所述第一保护板(2a)的内部供电。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，第一保护板的电压转换器和另一保护板的内部供电之间的每个连接在输入处由熔断器保护，所述熔断器用于使所述第一保护板的电压转换器与第二保护板的内部供电隔离，以便限制所述第一保护板的电压转换器的故障传播到所述第二保护板的内部供电，以及
每个连接还在输出处由保护单元(19)保护，以便避免所述第二保护板的内部供电的故障传播到所述第一保护板的电压转换器。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，保护单元(19)是受电流或熔断器限制的独立部件。
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