CN108539849A - 一种智能配电管理模块及平流层飞艇用配电器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种智能配电管理模块，包括：前端驱动电路、输入端滤波单元、直流电压转换单元、输出端滤波单元、输出保护电路及通讯管理单元。所述智能配电管理模块，安装于配电器中用于实现配电管理功能。本发明实施例还提供了一种平流层飞艇用配电器，包括：配电器箱体、电连接器、上述智能配电管理模块、主备电源切换电路、地面电源和艇载电源切换电路、主动温控电路、通讯模块及通讯总线。所述平流层飞艇用配电器安装在平流层飞艇上用于给平流层飞艇进行供配电。本发明可以使平流层飞艇在低温低气压特殊环境下，实现有效的匹配供电和配电两方面的功能。

Description

一种智能配电管理模块及平流层飞艇用配电器

技术领域

本发明实施例涉及平流层飞艇供配电技术领域，尤其涉及一种智能配电管理模块及平流层飞艇用配电器。

背景技术

平流层飞艇具有可长时间飞行、有效载重大、生存力强等优点，搭载任务系统后，可提供地面局部区域的准确观测信息，是高分辨率对地观测系统网络中非常重要的组成部分，在国家的军事需求和经济建设等方面发挥着巨大的作用。平流层飞艇多路输出配电器用以为用电负载提供合适的电源供应，它是维持飞艇正常飞行和负载可靠工作的关键设备。它的功能含供电和配电两个部分。

供电的特点是：执行飞行任务前由地面电源(外电)通过配电器为负载供电，执行飞行任务时由艇载电源(内电)通过配电器为负载供电，在执行飞行任务时需要进行外电和内电的切换；艇载电源分为主电源和备份电源两个部分，备份电源在主电源故障时启动工作，为需要应急供电的设备供电，这又涉及主电源和备份电源之间的切换。

配电的特点是：用电负载种类多、数量大，包括维持飞艇飞行的各类单机设备、执行机构及其所搭载的有效载荷；用电电压及功率需求不一致，用电电压需求有5V、12V、15V、24V、28V、48V等，同种用电电压需求的设备对用电功率的需求往往也不一致；用电模式复杂，各类设备的用电时长及其对应的用电功率需求有较大差别，加之各类负载所要求的特殊用电需求(如飞行控制系统对主电源和备份电源切换的时长小于几个微秒的需求等)更是增加了用电模式的复杂度。

基于上述平流层飞艇配电器供电和配电的特点，找到在平流层飞艇应用的低温低气压(温度约为-70℃，气压约为5kPa)特殊环境下，能够匹配供电和配电两方面的需求，满足上述两部特点的平流层飞艇用配电器，是此类多路输出配电器需要解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种智能配电管理模块及平流层飞艇用配电器。

一方面，本发明实施例提供了一种智能配电管理模块，包括：前端驱动电路、输入端滤波单元、直流电压转换单元、输出端滤波单元、输出保护电路及通讯管理单元。

所述前端驱动电路，与所述输入端滤波单元连接，用于驱动前端设备；所述输入端滤波单元，与所述前端驱动电路及直流电压转换单元连接，用于隔离高频噪声干扰；所述直流电压转换单元，与所述输入端滤波单元及输出端滤波单元连接，用于将直流电源转换为负载用电源；所述输出端滤波单元，与所述直流电压转换单元及输出保护电路连接，用于隔离直流电压转换单元产生的噪声；所述输出保护电路，与用电负载连接，用于执行断路或限流；所述通讯管理单元，与所述前端驱动电路、输入端滤波单元、直流电压转换单元、输出端滤波单元及输出保护电路连接，用于采集电路参数，并将所述电路参数传送至通讯模块。

另一方面，本发明实施例提供了一种平流层飞艇用配电器，包括：配电器箱体、电连接器、上述智能配电管理模块、主备电源切换电路、地面电源和艇载电源切换电路、主动温控电路、通讯模块及通讯总线。

所述配电器箱体，包裹所述主备电源切换电路、地面电源和艇载电源切换电路、主动温控电路、通讯模块及上述智能配电管理模块，用于形成所述平流层飞艇用配电器的外壁；所述电连接器，安装在所述配电器箱体外侧，用于连接用电负载、艇载飞控计算机、地面电源或艇载电源；上述智能配电管理模块，与所述通讯总线及所述电连接器连接，用于为用电负载分配电源；所述主备电源切换电路，与所述通讯总线及所述电连接器连接，用于将供电电源从主电源切换至备份电源；所述地面电源和艇载电源切换电路，与所述通讯总线及所述电连接器连接，用于将供电电源从地面电源切换至艇载电源；所述主动温控电路，与所述通讯总线连接，用于控制所述平流层飞艇用配电器在恒定的温度下工作；所述通讯模块，与所述通讯总线及艇载飞控计算机连接，用于将所述平流层飞艇用配电器的工作状态传送至艇载飞控计算机进行显示。

本发明实施例提供了一种智能配电管理模块及平流层飞艇用配电器，通过引入一种智能配电管理模块并将所述智能配电管理模块应用于平流层飞艇用配电器，可以使平流层飞艇在低温低气压特殊环境下，实现有效的匹配供电和配电两方面的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例中智能配电管理模块结构示意图；

图2是本发明第二实施例中平流层飞艇用配电器结构示意图；

图3是本发明第三实施例中主备电源切换电路结构示意图；

图4是本发明第四实施例中地面电源和艇载电源切换电路结构示意图；

图5是本发明第五实施例中主动温控电路结构示意图；

图6是本发明第六实施例中通讯模块结构示意图；

图7是本发明实施例中平流层飞艇用配电器在平流层飞艇上开展供配电应用示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种智能配电管理模块及平流层飞艇用配电器。参见图1，图1是本发明第一实施例中智能配电管理模块结构示意图，包括：

前端驱动电路101、输入端滤波单元102、直流电压转换单元103、输出端滤波单元104、输出保护电路105及通讯管理单元106。

所述前端驱动电路101(前端驱动电路101连接电源母线并通过主备电源切换电路及地面电源和艇载电源切换电路连接供电电源)，与所述输入端滤波单元102连接，用于驱动前端设备；

所述输入端滤波单元102，与所述前端驱动电路101及直流电压转换单元103连接，用于隔离高频噪声干扰；

所述直流电压转换单元103，与所述输入端滤波单元102及输出端滤波单元104连接，用于将直流电源转换为负载用电源(在另一实施例中，可以将直流电源转换为48V、28V、24V、15V、12V及5V等负载用电源)；

所述输出端滤波单元104，与所述直流电压转换单元103及输出保护电路105连接，用于隔离直流电压转换单元103产生的噪声；

所述输出保护电路105，与用电负载连接，用于执行断路或限流(在另一实施例中，输出保护电路105通过电连接器连接用电负载，在用电负载出现短路或过流故障时执行断路或限流)；

所述通讯管理单元106，与所述前端驱动电路101、输入端滤波单元102、直流电压转换单元103、输出端滤波单元104及输出保护电路105连接，用于采集电路参数(在另一实施例中，所述电路参数包括：前端驱动电路、输入端滤波单元、直流电压转换单元和/或所述输出端滤波单元的工作电压；在又一实施例中，所述电路参数包括：所述前端驱动电路、所述输入端滤波单元、所述直流电压转换单元和/或所述输出端滤波单元的工作电流；在再一实施例中，所述电路参数包括：所述输出保护电路的工作状态)，并将所述电路参数传送至通讯模块。

参见图2，图2是本发明第二实施例中平流层飞艇用配电器结构示意图，配电器安装于飞艇吊舱内，包括：

配电器箱体201、电连接器202、电源母线203、主电源204、艇载电源205、备份电源206、地面电源207、主备电源切换电路208、地面电源和艇载电源切换电路209、主动温控电路210、智能配电管理模块211(与第一实施例中的智能配电管理模块相同)、通讯模块212、艇载飞控计算机213、用电负载214及通讯总线215；其中，艇载电源205包括主电源204及备份电源206。

所述配电器箱体201，包裹所述主备电源切换电路208、地面电源和艇载电源切换电路208、主动温控电路210、通讯模块212及智能配电管理模块211，用于形成平流层飞艇用配电器的外壁；

所述电连接器202，安装在所述配电器箱体201外侧，用于连接用电负载214、艇载飞控计算机213、地面电源207或艇载电源205；

所述智能配电管理模块211，与所述通讯总线215及所述电连接器202连接，用于为用电负载214分配电源；

所述主备电源切换电路208，与所述通讯总线215及所述电连接器202连接，用于将供电电源从主电源204切换至备份电源206(例如，在主电源204失效的情况下切换至备份电源206)；

所述地面电源和艇载电源切换电路209，与所述通讯总线215及所述电连接器202连接，用于将供电电源从地面电源207切换至艇载电源205(例如，在飞艇放飞前切断地面电源207，转由艇载电源205供电)；

所述主动温控电路210，与所述通讯总线215连接，用于控制所述平流层飞艇用配电器在恒定的温度下工作；

所述通讯模块212，与所述通讯总线215及艇载飞控计算机213连接，用于将所述平流层飞艇用配电器的工作状态传送至艇载飞控计算机213进行显示。

本发明的第三实施例在第二实施例的基础上，对主备电源切换电路做了进一步的详细说明。

参见图3，图3是本发明第三实施例中主备电源切换电路结构示意图，包括：

参数采集单元301、通讯管理单元302及动作执行单元303；

所述参数采集单元301，与所述通讯管理单元302连接，用于采集主电源及备份电源的工作电压及电流数据；

所述通讯管理单元302，与所述参数采集单元301及动作执行单元303连接，用于将主电源及备份电源的工作参数传送至配电器的通讯模块，并在主电源的工作参数存在异常时发出相应的控制指令；

所述动作执行单元303，与所述通讯管理单元302连接，在接收到通讯管理单元发出的动作指令时，用于切断主电源供电电路并接通备份电源供电电路。

本发明的第四实施例在第二实施例的基础上，对地面电源和艇载电源切换电路做了进一步的详细说明。

参见图4，图4是本发明第四实施例中地面电源和艇载电源切换电路结构示意图，包括：

参数采集单元401、通讯管理单元402及动作执行单元403；

所述参数采集单元401，与所述通讯管理单元402连接，用于采集内电电源及外电电源的工作电压及电流数据；

所述通讯管理单元402，与所述参数采集单元401及动作执行单元403连接，用于将内电电源和外电电源的工作参数传送至通讯模块，并在获得外电电源切换内电电源的许可时发出供电切换控制指令；

所述动作执行单元403，与所述通讯管理单元402连接，用于执行切断外电电源供电电路并接通内电电源供电电路。

本发明的第五实施例在第二实施例的基础上，对主动温控电路做了进一步的详细说明。

参见图5，图5是本发明第五实施例中主动温控电路结构示意图，包括：

通讯管理单元504、温度探头505、加热膜501、温控继电器502及制冷风扇503；

所述通讯管理单元504，与所述温控继电器502连接，用于采集工作温度数据并发出降温或加热指令，同时将所述工作温度数据传输至通讯模块(在另一实施例中，通讯管理单元504采集配电器内部的工作温度数据并在温度超高或超低时发出降温或加热的动作指令，控制相应的执行机构动作，同时将这些数据传输至配电器的通讯模块)；

所述温度探头505，与所述通讯管理单元504连接，用于将温度数据传送至所述通讯管理单元504；

所述加热膜501，接收来自所述温控继电器502的信号，用于在加热电路接通时进行加热；

所述温控继电器502，与所述通讯管理单元504连接，用于接收所述通讯管理单元504的降温或加热指令，执行接通降温电路或加热电路的动作；

所述制冷风扇503，接收来自所述温控继电器502的信号，用于在降温电路接通时进行制冷。

本发明的第六实施例在第二实施例的基础上，对通讯模块做了进一步的详细说明。

参见图6，图6是本发明第六实施例中通讯模块结构示意图，包括：

RS485通讯单元601、CAN通讯单元602、智能配电管理模块的通讯管理单元603、主备电源切换电路的通讯管理单元604、地面电源和艇载电源切换电路的通讯管理单元605、主动温控电路的通讯管理单元606及艇载飞控计算机607。

通讯模块由RS485通讯单元和CAN通讯单元组成(在另一实施例中，可以由RS485通讯单元或CAN通讯单元组成)，通讯模块向下连接通讯总线并分别与智能配电管理模块的通讯管理单元603、主备电源切换电路的通讯管理单元604、地面电源和艇载电源切换电路的通讯管理单元605及主动温控电路的通讯管理单元606连接，实现数据获取和指令传输的功能；它向上与平流层飞艇平台的艇载飞控计算机607连接，实现数据传输和指令分解的功能。

参见图7，图7是本发明实施例中平流层飞艇用配电器在平流层飞艇上开展供配电应用示意图，包括：

平流层飞艇艇体701、吊舱702、主电源703、备份电源704、配电器705、艇载飞控计算机706及地面电源707。

所述平流层飞艇艇体701内部充有氦气，可实现在平流层高度的驻空飞行。所述吊舱702安装在平流层飞艇艇体701。所述主电源703、备份电源704、配电器705和艇载飞控计算机706安装在吊舱702内。所述配电器705是本发明第二实施例中的平流层飞艇用配电器，包括：配电器箱体、电连接器、智能配电管理模块、主备电源切换电路、地面电源和艇载电源切换电路、主动温控电路、通讯模块及连接线缆。配电器通过电连接器与地面电源、艇载电源(含主电源和备份电源)、用电负载和艇载飞控计算机连接。智能配电管理模块实现电源的变换与控制，为各类用电负载分配合适的电源。主备电源切换电路用以实现在主电源失效时切换至备份电源供电的功能。地面电源和艇载电源切换电路用以实现在飞艇放飞前切断外电电源的供应，转由艇载电源供电的功能。主动温控电路用以实现控制配电器工作在相对恒定的温度范围。通讯模块用以将配电器的各类工作状态传输至艇载飞控计算机进行显示的功能。电源母线、通讯总线及连接线缆用以连接对应的各类器件，实现电源及信号传输的功能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种智能配电管理模块，其特征在于，包括：

前端驱动电路、输入端滤波单元、直流电压转换单元、输出端滤波单元、输出保护电路及通讯管理单元；

所述前端驱动电路，与所述输入端滤波单元连接，用于驱动前端设备；

所述输入端滤波单元，与所述前端驱动电路及直流电压转换单元连接，用于隔离高频噪声干扰；

所述直流电压转换单元，与所述输入端滤波单元及输出端滤波单元连接，用于将直流电源转换为负载用电源；

所述输出端滤波单元，与所述直流电压转换单元及输出保护电路连接，用于隔离直流电压转换单元产生的噪声；

所述输出保护电路，与用电负载连接，用于执行断路或限流；

所述通讯管理单元，与所述前端驱动电路、输入端滤波单元、直流电压转换单元、输出端滤波单元及输出保护电路连接，用于采集电路参数，并将所述电路参数传送至通讯模块。

2.根据权利要求1所述的智能配电管理模块，其特征在于，所述电路参数包括：

所述前端驱动电路、所述输入端滤波单元、所述直流电压转换单元和/或所述输出端滤波单元的工作电压。

3.根据权利要求1所述的智能配电管理模块，其特征在于，所述电路参数包括：

所述前端驱动电路、所述输入端滤波单元、所述直流电压转换单元和/或所述输出端滤波单元的工作电流。

4.根据权利要求1所述的智能配电管理模块，其特征在于，所述电路参数包括：

所述输出保护电路的工作状态。

5.一种平流层飞艇用配电器，其特征在于，包括：

配电器箱体、电连接器、权利要求1到4任一权利要求所述的智能配电管理模块、主备电源切换电路、地面电源和艇载电源切换电路、主动温控电路、通讯模块及通讯总线；

所述配电器箱体，包裹所述主备电源切换电路、地面电源和艇载电源切换电路、主动温控电路、通讯模块及权利要求1到4任一权利要求所述的智能配电管理模块，用于形成所述平流层飞艇用配电器的外壁；

所述电连接器，安装在所述配电器箱体外侧，用于连接用电负载、艇载飞控计算机、地面电源或艇载电源；

所述权利要求1到4任一权利要求所述的智能配电管理模块，与所述通讯总线及所述电连接器连接，用于为用电负载分配电源；

所述主备电源切换电路，与所述通讯总线及所述电连接器连接，用于将供电电源从主电源切换至备份电源；

所述地面电源和艇载电源切换电路，与所述通讯总线及所述电连接器连接，用于将供电电源从地面电源切换至艇载电源；

所述主动温控电路，与所述通讯总线连接，用于控制所述平流层飞艇用配电器在恒定的温度下工作；

所述通讯模块，与所述通讯总线及艇载飞控计算机连接，用于将所述平流层飞艇用配电器的工作状态传送至艇载飞控计算机进行显示。

6.根据权利要求5所述的平流层飞艇用配电器，其特征在于，所述主备电源切换电路，包括：

参数采集单元、通讯管理单元及动作执行单元；

所述参数采集单元，与所述通讯管理单元连接，用于采集主电源及备份电源的工作电压及电流数据；

所述通讯管理单元，与所述参数采集单元及动作执行单元连接，用于将主电源及备份电源的工作参数传送至所述通讯模块，并在主电源的工作参数存在异常时发出相应的控制指令；

所述动作执行单元，与所述通讯管理单元连接，用于切断主电源供电电路并接通备份电源供电电路。

7.根据权利要求5所述的平流层飞艇用配电器，其特征在于，所述地面电源和艇载电源切换电路，包括：

参数采集单元、通讯管理单元及动作执行单元；

所述参数采集单元，与所述通讯管理单元连接，用于采集内电电源及外电电源的工作电压及电流数据；

所述通讯管理单元，与所述参数采集单元及动作执行单元连接，用于将内电电源和外电电源的工作参数传送至所述通讯模块，并在获得外电电源切换内电电源的许可时发出供电切换控制指令；

所述动作执行单元，与所述通讯管理单元连接，用于执行切断外电电源供电电路并接通内电电源供电电路。

8.根据权利要求5所述的平流层飞艇用配电器，其特征在于，所述主动温控电路，包括：

通讯管理单元、温度探头、加热膜、温控继电器及制冷风扇；

所述通讯管理单元，与所述温控继电器连接，用于采集工作温度数据并发出降温或加热指令，同时将所述工作温度数据传输至所述通讯模块；

所述温度探头，与所述通讯管理单元连接，用于将温度数据传送至所述通讯管理单元；

所述加热膜，接收来自所述温控继电器的信号，用于在加热电路接通时进行加热；

所述温控继电器，与所述通讯管理单元连接，用于接收所述通讯管理单元的降温或加热指令；

所述制冷风扇，接收来自所述温控继电器的信号，用于在降温电路接通时进行制冷。

9.根据权利要求5所述的平流层飞艇用配电器，其特征在于，所述通讯模块通过通讯总线与通讯管理单元连接，实现数据获取和指令传输的功能。

10.根据权利要求5或9所述的平流层飞艇用配电器，其特征在于，所述通讯模块包括：RS485通讯单元和/或CAN通讯单元。