CN106452800B

CN106452800B - 数据线供电系统和方法

Info

Publication number: CN106452800B
Application number: CN201610714794.7A
Authority: CN
Inventors: 彼得·克洛泽; 沃尔夫冈·菲舍尔
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2019-08-27
Anticipated expiration: 2036-08-10
Also published as: US10686613B2; CN106452800A; US20170048073A1; EP3131232B1; EP3131232A1

Abstract

本发明公开了一种数据线供电系统和方法。该网络包括：数据供电线；数据开关，耦接到数据总线并用于通过所述数据供电线从所述数据总线接收数据和/或向所述数据总线发送数据；服务设备，通过所述数据供电线耦接到所述数据开关，并配置用于通过所述数据供电线从所述数据开关接收数据和/或向所述数据开关发送数据。所述服务设备包括：功率分配器，用于从电源分离出数据供电线的数据信号；多个服务功能，耦接到功率分配器并用于从功率分配器接收电力；电压比较器，耦接到功率分配器。该电压比较器用于检测电源的电压级。基于所检测的电压级，电压比较器然后用于选择性地激活和/或去激活多个服务功能中的一个或多个。

Description

数据线供电系统和方法

技术领域

本发明涉及一种通过数据线发送电力的系统和方法，特别用于飞机和宇宙飞船的操纵台。

背景技术

数据供电(PoD)技术已经普遍用于通过通用数据通信线路向分布式设备提供电能。特别地，以太网供电(PoE)技术获得在自组织系统中的广泛应用，自组织网在以太网线缆上与数据一起传送电能。如果数据和电能在一条线缆中传导，则PoD和特殊PoE是非常有效的解决方法，使得提供了PoD/PoE的设备不需要用于数据线路和供能的分离的线缆。因此，PoD/PoE技术对具有适度能量损耗以及较高和/或不变的数据吞吐量的设备提供了很好的益处。采用PoD/PoE技术节省了布线花销，允许供能的远程循环，并保证了较高的数据吞吐量。

已经完成了改进PoD/PoE技术的灵活性和功能性能的一些方法。例如，文献EP 2819 343A1公开了一种改变网络节点的处理单元操作模式的方法，网络节点连接到合并了数据通信和电力供给的线路，其中监控合并了数据通信和电力供给的线路的供电电压的改变，并基于所确定的供电电压的改变而设置处理单元的操作模式。文献DE 10 2008 007023 A1公开了一种用于飞机客舱模块的电压供给方法，特别是飞机客舱中通过数据和电压供给的合并传输的安全相关模块，其中电压供给级别可被改变。

发明内容

然而本发明的一个目的是提供在PoD/PoE网络中改进网络设备的可靠性和可用性的解决方案。

通过具有权利要求1特征的网络以及具有权利要求10特征的数据线路供电方法来实现上述目的。

本公开的第一方面关于一种网络，其包括：数据供电线；数据开关，耦接到数据总线并配置用于通过所述数据供电线从所述数据总线接收数据和/或向所述数据总线发送数据；服务设备，通过所述数据供电线耦接到所述数据开关，并配置用于通过所述数据供电线从所述数据开关接收数据和/或向所述数据开关发送数据。所述服务设备包括：功率分配器，配置用于从电源分离出所述数据供电线的所述数据信号；多个服务功能，耦接到所述功率分配器并配置用于从所述功率分配器接收电力；电压比较器，耦接到所述功率分配器。所述电压比较器配置用于检测电源的电压级。基于所检测的电压级，所述电压比较器然后配置用于选择性地激活和/或去激活多个服务功能中的一个或多个。

根据本公开的第二方面，一种数据线供电方法包括：通过数据供电线从数据开关向包括多个服务功能的服务设备发送合并的电力和数据信号；在所述服务设备中从所述供电信号中分离出所述数据供电线的所述数据信号；在所述服务设备中检测所述供电信号的电压级；基于所检测的电压级，选择性地激活和/或去激活所述多个服务功能中一个或多个。

本发明所基于的想法是增强数据供电(PoD)技术，用于在一个网络中从源设备通过单个PoD线路向一个或多个端设备发送电力和数据。可以从不同电源以不同供电电压向所述源设备供电。所述源设备监控可获得的电力类型并将电力注入至所述端设备的PoD线路。所述端设备从所述PoD线路提取电力并估计供电的电压级。依赖于估计的电压级，端设备中的所选的一组服务功能可被供电，同时剩下的服务功能可被保持去激活。

关于这样的网络的一个优点是可使用单个连接用于数据传输和供电。此外，端设备的操作模式的改变，特别是端设备的激活服务功能的选择可仅由供电电压级的选择而实现。这容易作为安全、可靠和有效的操作模式切换，而无需不得不依赖于附加数据通信或用于数据通信的软件的改变。

此外，端设备的单个服务功能不需要适于不同的供电电压级，这是因为可依赖于所监控的电压级针对相应服务功能选择性地激活或去激活供电。因此，可简化服务功能的设计和供电需求。

根据网络的一个实施例，数据开关可包括电力注入器，配置用于从所述数据总线接收数据和/或向所述数据总线发送数据，并将该数据与至少两个电源中一个电源的供电电压合并以形成通过数据供电线发送的数据供电信号。在一个实施例中，所述供电电压可包括42VDC和28VDC的电压级。这特别有利于飞机和宇宙飞船的操纵台上的网络，其中42VDC供电电压用于正常操作，而28VDC供电电压可作为所谓基本操作的备用。

根据所述网络的进一步实施例，所述服务设备可以是飞机的乘客服务单元。在一个实施例中，所述功率分配器是乘客接口和供应适配器。具有乘客接口和供应适配器(PISA)的乘客服务单元(PSU)一般用作飞机中与乘客座椅相关联的分布式网络单元。PSU可以是客舱通信数据系统(CIDS)的一部分，CIDS采用解码器/编码器(DEU)作为连接到中央CIDS数据总线的中间分布式网络开关。

根据网络的另一个实施例，多个服务功能可包括系上安全带标识、乘客呼叫灯、乘客呼叫按钮、阅读灯、阅读灯按钮、禁止吸烟标识和扬声器中一个或多个。在普通操作中，采用那些服务功能的PSU可将所有那些服务功能保持可用或激活。在基本操作情况下，仅扬声器功能可以是强制激活的，同时所有其他服务功能可被暂时去激活以节省能量。仅扬声器的驱动电路可被供电，同时其余服务功能的驱动电路的供电可被去激活。

根据网络的另一个实施例，所述服务设备可包括数据控制器，该数据控制器耦接到所述功率分配器和服务功能，并配置用于从所述功率分配器接收数据并用于基于所接收的数据控制所述服务功能。

根据网络的另一个实施例，所述服务设备可进一步包括耦接在所述功率分配器和多个服务功能中相应服务功能之间的多个电压转换器。这具有优点，即PoD线路上的中央提供的供电电压在服务设备中可本地方便地转换为多个服务功能所需的其他电压级。

根据网络的另一个实施例，所述电压比较器可耦接到所述多个电压转换器并配置用于基于所检测的电压级而连接到所述多个电压转换器或从所述多个电压转换器断开连接。这允许能量危急情况下服务设备的能量有效操作，因为去激活的服务功能的供电路径可被完全关闭。

根据所述方法的一个实施例，所述供电电压可包括42VDC和28VDC的电压级。

根据所述方法的进一步实施例，所述多个服务功能可包括系上安全带标识、乘客呼叫灯、乘客呼叫按钮、阅读灯、阅读灯按钮、禁止吸烟标识和扬声器中一个或多个。

根据所述方法的进一步实施例，所述服务设备可进一步包括耦接在服务设备的所述功率分配器和多个服务功能中对应服务功能之间的多个电压转换器。在一个实施例中，所述选择性地激活和/或去激活可包括基于所检测的电压级将所述多个电压转换器连接到所述功率分配器或从所述功率分配器断开连接。

将参考附图中所示的示例性实施例更详细地解释本发明。

附图说明

包括的附图用于提供本发明的进一步理解，并且附图被合并形成本说明书的一部分。附图示出了本发明的实施例并连同描述用于解释本发明原理。本发明的其他实施例和本发明的许多预期优点将容易被理解，因为参考以下详细说明，它们变得更容易理解。附图的要素不必相对于彼此按比例描绘。相同的附图标号指示对应类似的部分。

图1根据本发明实施例示意性示出了一种网络的框图。

图2根据本发明的另一个实施例示意性示出了另一个网络的框图。

图3根据本发明的另一个实施例示意性示出了数据线供电方法的步骤。

图4根据本发明另一个实施例示意性示出了具有图1或图2所示的网络的飞机。

具体实施方式

在附图中，除非指示为其他，同样的参考标记代表相同或功能性相同的组件。任何方向性术语，像“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”、“垂直”、“后”、“前”以及类似术语仅用于解释目的，并不意指将实施例限制为图中所示的特定设置。

虽然已经在此图示和描述了特定实施例，本领域普通技术人员应当意识到不同替换和/或等价实施可替换所示的特定实施例，并不背离本发明的范围进行描述。一般地，本申请意指覆盖此处讨论的特定实施例的任意调整或变形。

图1示出了网络10的示意图。网络10一般包括耦接到数据总线D的数据开关1，数据供电线PoD，以及通过数据供电线PoD耦接至所述数据开关1的服务设备3。图1中仅示例性示出了单个数据开关1、单个数据供电线PoD和单个服务设备3，应当理解可提供多于一个数据开关1、数据供电线PoD和/或服务设备3。此外，一个数据开关1可为至少两个服务设备3通过数据供电线PoD提供电力和数据。服务设备3可以并联布置(in parallel)或串联布置(daisy chain configuration)。数据总线D可以是在中心向所有数据开关1提供数据的网络10中的中心数据总线。

网络10例如可以是飞机或航天飞机(例如图4中示意性示出的飞机)的操纵台上的客舱通信数据系统(CIDS)。数据开关1可以是CIDS的解码/编码单元(DEU)，服务设备3可以是乘客服务单元(PSU)。数据开关1耦接到数据总线D，例如飞机或航天飞机的操纵台上的CIDS的数据总线D。数据开关1可以表现为CIDS的中心通信服务器和一个或多个服务设备3之间的数据中继。在那点上，数据开关1配置用于通过数据供电线PoD从数据总线D接收数据和/或向数据总线D发送数据。通过数据供电线PoD耦接至数据开关1的服务设备3然后可配置用于通过数据供电线PoD分别从数据开关1接收数据和/或向数据开关1发送数据。

服务设备3可特别包括功率分配器4，例如在PSU作为服务设备3的情况下，是乘客接口和供应适配器(PISA)。功率分配器4可配置用于通过数据供电线PoD接收合并的电力和数据信号，并将合并信号分离为数据信号和供电信号。供电可被送至与功率分配器4耦接的多个服务功能，图1中示例性示出了其中三个服务功能8a、8b和8i。多个服务功能8a、8b和8i例如可以是PSU的典型服务功能，例如系上安全带标识、乘客呼叫灯、乘客呼叫按钮、阅读灯、阅读灯按钮、禁止吸烟标识和扬声器。当然，服务功能8a、8b和8i的数量不限于三个，也可以是比三个更少或更多的其他数量。

服务设备3可进一步包括耦接至功率分配器4的数据控制器5。功率分配器4将分离的数据信号送至数据控制器5，数据控制器5依次负责控制服务功能8a、8b和8i的期望行为。例如，数据控制器5可通过扬声器输出语音数据，在滑行、起飞和降落期间打开禁止吸烟标识和系上安全带标识，或检测乘客呼叫按钮按下并将按钮按下的信息回送至DEU。数据控制器5可不必需要实施为如图1中示例性示出的服务设备3的单个或分离的组件。代替地，数据控制器5还可能具有直接接收相关数据的服务功能8a、8b和8i中每个或至少一些服务功能中的集成数据控制逻辑组件。

数据控制器5可配置用于基于从功率分配器4接收的数据，控制服务功能8a、8b和8i，同时服务设备3进一步包括耦接至功率分配器4的电压比较器6，负责基于接收的供能信号的特性控制服务功能8a、8b和8i的操作状态。电压比较器6特别配置用于检测供电的电压级别。

例如，注入数据供电线PoD的供电信号的电压级别可采用不同值。例如在飞机的操纵台上，可以是普通电压级115VAC以及备用电压级(“基本电压”)28VDC。依赖于不同供电的可用性，数据开关1可将数据线路与至少两个电压源中一个电压源的供应电压V1、V2合并，以形成通过数据供电线PoD发送的数据供电信号。

为此，数据开关1可以是PoD/PoE使能的，并包括供电电压生成器2a，其耦接至提供多种电压级的至少两个不同电源。该供电电压生成器2a例如可直接选择一个电源以用相应的电压级供电。然而，供电电压生成器2a还可将所选的电源的初始电压级转换成待注入到数据供电线PoD的不同的电压级。此外，供电电压生成器2a可能从多于一个耦接并可获得的电源获取电力，用于将它们各自的电压级合并为待注入到数据供电线PoD的期望的中间电压级。不同供电电压级的值可依赖于网络10的应用领域并依赖于可获得的电源的各自的输出进行选择，例如，可能选择42VDC和28VDC作为供电电压生成器2a中的潜在供电电压级别。此外，电源的数量不限制为两个，还可以是任何其他更多的数量。

电压比较器6能够检测通过数据供电线PoD接收的供电电压级。基于检测的电压级，电压比较器6然后配置用于基于检测的电压级，选择性地激活和/或去激活多个服务功能8a、8b和8i中一个或多个。

例如，在普通操作期间，当可获得具有充足能量的常规电源时，所有服务功能8a、8b和8i可以被保持全部可操作。然而，在备用或紧急情况下，常规电源可能是不可获得的。在该情况下，仅可获得具有有限电力的备用电源，并且服务设备3可将服务功能8a、8b和8i的可操作性限制为被认为是基本服务功能的子集。例如，在飞机的操纵台的PSU中，扬声器可能是唯一的强制性服务功能，用于从飞机机组成员向乘客传递语音消息。乘客阅读灯、乘客呼叫按钮和其他方便功能可被保持为不可操作，以将能量消耗降低为最小。

然而应当理解，服务功能的选择或激活或去激活的服务功能子集可能不同于以上所示示例，并可依赖于网络10的应用领域，以及服务功能的类型和本质，特别是它们在各自应用中的感知的重要性。

针对激活和/或去激活服务功能，服务设备3可包括耦接在功率分配器4以及服务功能8a、8b和8i中各自功能之间的多个电压转换器7a、7b和7i。电压转换器7a、7b和7i可连接到功率分配器4或从功率分配器4断开连接，例如用电压比较器6控制下的开关6a、6b、6i的方式。在该示例中电压比较器6可配置用于基于检测的电压级激活或去激活开关6a、6b、6i。替换地或附加地，电压比较器6可配置用于通过输出相应激活或去激活信号以控制电压转换器7a、7b和7i的输入，来直接激活或去激活电压转换器7a、7b和7i。应当理解，选择去激活服务功能8a、8b和8i中一个或多个的其他可能性对电压比较器6也是可获得的。在可集成在服务功能8a、8b和8i中的分布数据控制器元件的情况下，电压比较器6可去激活相关数据控制器元件以及服务功能8a、8b和8i，使得进一步降低能耗。在该情况下，仅剩余激活的服务功能的数据控制器元件需要供电，而未激活的服务功能的数据控制器元件保持切断供电。

图2根据如图1中所示网络10的一个替换设置，示出了网络10的示意性图示。图2的网络10不同于图1中网络10之处，主要在于数据开关1可包括非PoD/PoE使能的数据编码/解码单元1a，其负责生成将要分别传送至服务设备3的数据信号。数据开关1然后可包括数据编码/解码单元1a下游处的电力注入器2b。电力注入器2b耦接至少两个电源，并可配置用于将数据编码/解码单元1a的数据信号与耦接至电力注入器2b的至少两个电源中一个电源的供电电压V1、V2合并。因此，电力注入器2b可形成通过数据供电线PoD发送的数据供电信号。

电力注入器2b例如可直接选择一个电源以相应的电压级V1或V2供电。然而，电力注入器2b还可将所选的电源的初始电压级转换成待注入到数据供电线PoD的不同的电压级。此外，电力注入器2b可能从多于一个耦接的并可获得的电源获取电力，以将它们各自的电压级合并为待注入到数据供电PoD的期望的中间电压级。不同供电电压级的值可依赖于网络10的应用领域并依赖于可获得的电源各自的输出进行选择，例如，可选择42VDC和28VDC作为电力注入器2b中的潜在供电电压级别。此外，电源的数量不限制为两个，而可以是任何其他更多的数量。

图3示意性示出了例如在参考图1或图2描述的一个所述网络10中用于数据线供电方法M的步骤。在第一步骤M1中，方法M可包括通过数据供电线PoD，从数据开关1向包括多个服务功能的服务设备3发送合并的电力和数据信号，多个服务功能例如是系上安全带标识、乘客呼叫灯、乘客呼叫按钮、阅读灯、阅读灯按钮、禁止吸烟标识和扬声器。在第二步骤M2中，在服务设备3中可从供电信号分离数据供电线PoD的数据信号。服务设备3然后可在步骤M3中检测供电信号的电压级，例如42VDC和28VDC的供电电压级，并在步骤M4中，基于所检测的电压级，选择性地激活和/或去激活多个服务功能中的一个或多个。

在以上详细说明中，为了简化本公开，在一个或多个示例中一起组合了不同的特征。应当理解以上说明意指是示意性的，而不是限制性的。意指覆盖所有替换、修改和等同物。基于阅读以上说明，许多其他示例对本领域技术人员是显而易见的。

为了最好的解释本发明的原理及其实际应用，选择和描述了这些实施例，从而使本领域技术人员最好地利用本发明，并且具有不同修改的不同实施例同样适于预期的特殊应用。在附加权利要求书和整个说明书中，术语“包括”和“其中”分别用作相关术语“包含”和“其中”的普通英语等价物。此外，“一个”不排除当前情况下的多个。

参考标号和标记的列表

1 数据开关

1a 数据编码/解码单元

2a 电压级生成器

2b 电力注入器

3 服务设备

4 功率分配器

5 数据控制器

6 电压比较器

6a 激活开关

6b 激活开关

6i 激活开关

7a 转换器

7b 转换器

7i 转换器

8a 服务功能

8b 服务功能

8i 服务功能

10 网络

D 数据总线

M 方法

M1 方法步骤

M2 方法步骤

M3 方法步骤

M4 方法步骤

PoD 数据供电线

V1 供电电压

V2 供电电压

Claims

1.一种数据线供电系统，包括：

数据供电线(PoD)；

数据开关(1)，耦接到数据总线(D)并配置用于通过所述数据供电线(PoD)从所述数据总线(D)接收数据和/或向所述数据总线(D)发送数据；以及

服务设备(3)，通过所述数据供电线(PoD)耦接到所述数据开关(1)，并配置用于通过所述数据供电线(PoD)从所述数据开关(1)接收数据和/或向所述数据开关(1)发送数据，

其中所述服务设备(3)包括：

功率分配器(4)，配置用于从电源分离出所述数据供电线(PoD)的数据信号；

多个服务功能(8a；8b；……；8i)，耦接到所述功率分配器(4)并配置用于从所述功率分配器(4)接收电力；以及

电压比较器(6)，耦接到所述功率分配器(4)，配置用于检测电源的电压级，并配置用于基于所检测的电压级，选择性地激活和/或去激活多个服务功能(8a；8b；……；8i)中的一个或多个。

2.根据权利要求1所述的数据线供电系统，其中所述数据开关(1)包括电力注入器(2b)，所述电力注入器(2b)配置用于从数据总线(D)接收数据和/或向数据总线(D)发送数据，并将该数据与至少两个电源中一个电源的供电电压(V1；V2)合并以形成将通过数据供电线(PoD)发送的数据供电信号。

3.根据权利要求2所述的数据线供电系统，其中所述供电电压(V1；V2)包括42 VDC和28VDC的电压级。

4.根据权利要求1至3中任一个所述的数据线供电系统，其中所述服务设备(3)是飞机的乘客服务单元。

5.根据权利要求4所述的数据线供电系统，其中所述功率分配器(4)是乘客接口和供应适配器。

6.根据权利要求1至3中任一个所述的数据线供电系统，其中多个服务功能(8a；8b；……；8i)包括系上安全带标识、乘客呼叫灯、乘客呼叫按钮、阅读灯、阅读灯按钮、禁止吸烟标识和扬声器中一个或多个。

7.根据权利要求1至3中任一个所述的数据线供电系统，其中所述服务设备(3)包括数据控制器(5)，所述数据控制器(5)耦接到所述功率分配器(4)和服务功能(8a；8b；……；8i)，并配置用于从所述功率分配器(4)接收数据并基于所接收的数据控制所述服务功能(8a；8b；……；8i)。

8.根据权利要求1至3中任一个所述的数据线供电系统，其中所述服务设备(3)进一步包括耦接在所述功率分配器(4)和多个服务功能(8a；8b；……；8i)中相应服务功能之间的多个电压转换器(7a；7b；……；7i)。

9.根据权利要求8所述的数据线供电系统，其中所述电压比较器(6)耦接到多个电压转换器(7a；7b；……；7i)并配置用于基于所检测的电压级连接至多个电压转换器(7a；7b；……；7i)或从多个电压转换器(7a；7b；……；7i)断开连接。

10.一种数据线供电方法，包括：

通过数据供电线(PoD)从数据开关(1)向包括多个服务功能(8a；8b；……；8i)的服务设备(3)发送合并的电力和数据信号；

在所述服务设备(3)中从供电信号中分离出所述数据供电线(PoD)的数据信号；

在所述服务设备(3)中检测供电信号的电压级；以及

基于所检测的电压级，选择性地激活和/或去激活多个服务功能(8a；8b；……；8i)中一个或多个。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述供电电压(V1；V2)包括42VDC和28VDC的电压级。

12.根据权利要求11所述的方法，其中多个服务功能(8a；8b；……；8i)包括系上安全带标识、乘客呼叫灯、乘客呼叫按钮、阅读灯、阅读灯按钮、禁止吸烟标识和扬声器中一个或多个。

13.根据权利要求10至12中任一个所述的方法，其中所述服务设备(3)进一步包括耦接在所述服务设备(3)的功率分配器(4)和多个服务功能(8a；8b；……；8i)中相应服务功能之间的多个电压转换器(7a；7b；……；7i)，并且其中所述选择性地激活和/或去激活包括基于所检测的电压级将所述多个电压转换器(7a；7b；……；7i)连接到所述功率分配器(4)或从所述功率分配器(4)断开连接。

14.一种包括根据权利要求1至9中任一个所述的数据线供电系统的飞机。