CN108701991B - 包括至少一个功率控制器的配电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种配电装置(DD)，其包括可连接到至少一个电气部件(O1‑O5)的至少一个功率控制器(CA1‑CA2)，可将至少一个功率控制器(CA1‑CA2)与至少一个外部计算器(CE)连接的至少一个本地控制器(CL)，以及可为至少一个功率控制器(CA1‑CA2)和每个本地控制器(CL)供电的至少一个本地供电路径(VA1‑VA2)。每个功率控制器(CA1‑CA2)和每个本地控制器(CL)均包括可耦合到每个本地供电路径(VA1‑VA2)的DC/DC型本地转换器(CV1)。该装置还包括储能器(RE)，所述储能器(RE)耦合到每个本地供电路径(VA1‑VA2)，耦合到功率控制器(CA1‑CA2)和本地控制器(CL)的本地转换器(CV1)。

Description

包括至少一个功率控制器的配电装置
技术领域
本发明涉及包括电气(或电子)部件的系统内的配电领域。
背景技术
在某些系统，例如飞行器中，经常使用配电装置以受控方式为多个电气部件供电。本发明更具体地涉及被称为SPDU(二次功率分配单元)的配电装置，并且其可以具有不同的架构。
本发明更具体地涉及包括至少一个功率控制器(或SSPC(固态功率控制器)-可控电子电路断路器)的SPDU，其可连接至系统的至少一个电气部件；至少一个本地控制器(或“COM&CP”)，其可将至少一个功率控制器与系统外部的至少一个计算器连接；以及至少一个本地供电路径(或链)(或“供电”)，其可从系统的电网线为至少一个功率控制器和本地控制器供电。应注意，SSPC可以布置为提供直流(或DC)或交流(或AC)供电。
在这样的SPDU中，功率控制器(或SSPC)和每个本地控制器(或COM&CPU)具有大多数公共部件，而实际上本地供电路径(或供电)的所有部件仅由后者使用。在成本和工业合理化方面，该解决方案并未证明是最佳的。
发明内容
因此，本发明的目的是改善这种情况，特别是优化和合理化SSPC板。
为此，本发明特别提出了一种配电装置，其包括可连接到至少一个电气部件的至少一个功率控制器，可将至少一个功率控制器与至少一个外部计算器连接的至少一个本地控制器，以及可为至少一个功率控制器和每个本地控制器供电的至少一个本地供电路径。
该装置的特征在于：
-每个功率控制器和每个本地控制器均包括可耦合到每个本地供电路径的本地DC/DC型转换器，以及
-该装置包括储能器，所述储能器耦合到每个本地供电路径，耦合到至少一个功率控制器的本地转换器，以及耦合到至少一个本地控制器的本地转换器。
由于本发明，今后可在每个本地供电路径中不使用DC/DC转换器，因此功率控制器和每个本地控制器可以通过它们所属系统的大大简化的供电路径(或链)供电，没有中间转换，包括由于存在共同的储能器而在该线路上发生问题的情况。结果是显著地减少了所用部件的数量，减少了所用部件的类型数量并减小了尺寸。
根据本发明的装置可以包括可以单独或组合采用的其他特征，并且特别是：
-本地供电路径不带DC/DC型转换器；
-其可以包括与每个本地供电路径共用的第一所谓共模型滤波器和/或与每个本地供电路径共用的第二所谓差模型滤波器；
-储能器可以是从至少一个所谓直接型和所谓的换向型中选择的类型；
-其可以包括至少两个所谓直流型的本地供电路径；
-在替代方案中，其可以包括至少一个所谓直流型的本地供电路径，以及至少一个所谓交流型的本地供电路径，并且包括AC/AC型转换器和一组电子部件，所述电子部件可以塑造来自交流网络的能量，使其与来自直流网络的能量兼容；
-功率控制器的每个本地转换器可以是从(至少)“反激”、“隔离降压”、“正向”中选择的类型，以及从“正向”导出的每个拓扑；
-其可以包括一组电子部件，所述电子部件可以避免下游发生的电气问题故障的上游传播并且防止本地供电路径之间的故障传播。
本发明还提出了一种系统，该系统包括至少一个电气部件和至少一个上述类型的配电装置，并且该配电装置耦合到至少一个电气部件。
例如，这样的系统可以是飞行器。
附图说明
通过研究下面的详细描述和附图，本发明的其他特征和优点将变得清楚，其中：
图1以示意性和功能性的方式示出了根据本发明的配电装置的示例性实施方式，和
图2以示意性和功能性的方式示出了图2所示配电装置的替代方案。
具体实施方式
本发明的目的特别是提出一种配电装置DD，其构成SPDU，并且旨在装备系统以为系统的一些电气部件Oi供电。
此后，作为非限制性示例，认为该系统是飞行器，例如飞机。但是，本发明不限于这种类型的系统。实际上，根据本发明的配电装置DD可以装备包括电气部件的任何系统以供电。因此，其特别涉及载具(陆地、海上(或河流)和空中)，设施，潜在的工业和建筑物。
在图1和2中示意性地示出了根据本发明的配电装置DD的两个示例性实施方式。如图所示，根据本发明的(配电)装置DD包括至少一个功率控制器(或SSPC(固态功率控制器)CAj，至少一个本地供电路径(或供电)VAk，至少一个本地控制器(或COM&CPU)CL，以及储能器RE。
每个功率控制器CAj可以连接到系统(这里是飞机)的至少一个电气部件Oi，包括本地DC/DC(直流/直流)型转换器CV1并且可以(直接或间接地)耦合到每个本地供电路径VAk。
该/每个本地控制器CL可以将至少一个功率控制器CAj与至少一个外部计算器CE连接，包括本地DC/DC型转换器CV1，并且可以耦合到至少一个本地供电路径VAk。
在图1和2中以非限制性方式示出的示例性实施方式中，装置DD包括两个本地供电路径VA1和VA2(k＝1或2)，它们都耦合到两个功率控制器CA1和CA2(j＝1或2)和耦合到本地控制器CL。第一功率控制器CA1在此为两个电气部件01和02(i＝1或2)供电，第二功率控制器CA2在此为三个电气部件03、04和05(i＝3至5)供电，并且本地控制器CL耦合到单个外部计算器CE。但是第一功率控制器CA1可以为单个电气部件供电，或者为两个以上的电气部件供电。类似地，第二功率控制器CA2可以为一个或两个电气部件供电，或者为三个以上的电气部件供电。同样，本地控制器CL可以耦合到几个(至少两个)外部计算器。此外，装置DD可以包括多于或少于两个功率控制器CAj(通常是这种情况，特别是在飞机中)，和/或几个本地控制器CL。
储能器RE耦合到每个本地供电路径VAk，耦合到至少一个功率控制器CAj的本地转换器CV1和耦合到至少一个本地控制器CL的本地转换器CV1。
该储能器RE用于在飞机的外部电源中断的情况下在限定的时间内维持功率控制器CA1和CA2以及每个本地控制器CL的供电。因此，储能器完全用于满足装置DD的内部需求。
储能器RE可以例如包括电容器或超级电容器。此外，根据需要，该储能器RE可以例如是所谓的直接型或所谓的换向型。
该储能器RE可能潜在地包括用于升高其能量储备的电压的转换器。在这种情况下，它可以例如是具有两个或四个换向器的非反相升压(BOOST)或升降压(BUCK-BOOST)型。
当储能器RE可以管理或设置其能量储备的电压时，可以在飞机电网的低幅度瞬变期间实施若干管理策略。因此，例如，可以实现永久电压的升高，以获得超出飞机电网最大幅度的调节的能量储备电压；或者替代地，中间上升，在大于能量储备调节电压的瞬态期间进行可与“跟随者”(非转换)模式结合。
重要的是要注意，每个本地供电路径VAk没有DC/DC型转换器。
因此布置功率控制器CAj或本地控制器CL的每个DC/DC转换器，以便能够通过其系统的电网线“直接”供应，而不进行中间转换，除了与能量储备的某些替代相关的转换。这使得可以在每个本地供电路径VAk中不使用DC/DC转换器，因此不仅减少了装置DD中使用的部件的数量，而且还减少了装置DD中使用的部件的类型的数量和装置DD的大小。这在成本，工业合理化和植入可能性方面证明是有利的。
应注意，如图1和2中的非限制性方式所示，装置DD可能潜在地包括(例如，在储能器RE的上游)与每个本地供电路径VAk共用的第一所谓共模型滤波器F1和/或与每个本地供电路径VAk共用的第二所谓差模型滤波器F2。
该第一滤波器F1用于过滤共模中断，而第二滤波器F2用于过滤差模中断。
还应注意，如图1和2中的非限制性方式所示，装置DD在其可选的第一滤波器F1的上游可能潜在地包括一组电子部件E1，用于例如在短路的情况下避免下游(例如在本地供电路径VAk或电气部件Oi中)发生的电气问题故障的上游传播(并且因此朝向飞机电网传播)，并且(当装置DD包括多个本地供电路径时)防止本地供电路径VAk之间的故障传播。
该组电子部件E1构成N比1型接口，其中N是本地供电路径VAk的数量。例如，该接口E1可以包括具有二极管的N个功能OU。当N＝2时，如非限制性方式所示，这给出了2比1型接口E1，例如包括具有二极管的两个功能OU。
还应注意，如图1和2中的非限制性方式所示，装置DD可以可选地包括(例如，在其可选组E1和其可选的第一滤波器F1之间)与每个本地供电路径VAk互相共用的限流器L1。当储能器RE主要包括电容器或超级电容器，没有可以管理或设置电压的装置时，该限流器L1更加特别有用。
还应注意，如图1和2中的非限制性方式所示，每个本地供电路径VAk可以可选地在输入(可选组E1的上游)中包括保护模块MP，该保护模块MP优选地不共用，并且用于将来自飞机电网的危险电脉冲转移(或指向)至结构(此处为飞机)。保护模块MP必须尽可能靠近物理接口(连接器)放置，因此必须专用于与外部飞机电源的接口。
在图1的示例中，装置DD包括所谓直流(或DC)型的两个本地供电路径VA1和VA2(k＝1或2)，其中大多数功能元件(RE和潜在的E1、L1、F1和F2)，除了它们各自的可选保护模块MP之外，是共用的。但是装置DD可以包括多于或少于两个所谓直流型的本地供电路径VAk。图1的这种布局适用于电气部件的直流(或DC)供电。
在图2的示例中，装置DD包括所谓直流型的本地供电路径VA1(k＝1)和所谓交流(或AC)型本地供电路径VA2(k＝2)，它们共同几个功能元件(RE和潜在的E1，L1，F1和F2)。这使得可以根据其各自的布局而向某些电气部件Oi提供直流电和某些其他电气部件Oi'(i'≠i)提供交流电。
本地供电路径VA1(DC型)类似于上面参考图1所述的那些。因此，先前关于图1的本地供电路径VA1所述的所有内容也适用于图2的本地供电路径VA1。本地供电路径VA2(AC型)特别包括AC/AC型转换器CV2和一组电子部件E2，用于对来自飞机的交流(AC)网络的能量进行整形以使其与来自飞机的直流(DC)网络的能量兼容。该组电子部件E2可以例如构成至少一个二极管整流。然后，该转换器CV2由该组电子部件E2构成，本领域技术人员有时称之为AC(三(Tri))/DC型转换器。在另一个实施方式中，该组电子部件E2可以例如是具有与滤波器相关联的六个二极管的整流器，然后转换器CV2例如是DC/DC转换器。
与本地供电路径VA1类似，本地供电路径VA2还可以包括转换器CV2上游的可选保护模块MP(类似于上述的保护模块)。
在图1和图2的示例中，每个本地转换器CV1可以例如是“反激(flyback)”或“隔离降压(isolated buck)”(或“具有隔离辅助绕组的降压(buck with isolated auxiliarywinding)”)或“正向”型或者从正向型导出的任何拓扑(例如“单开关正向”，“双开关正向”，“推拉”，“半桥”或“全桥”)。
一般而言，每个本地转换器CV1优选地由容许宽输入电压范围的集成电子组件构成(就像诸如飞机系统的电网那样)。
应注意，装置DD可包括一个以上的直流电(DC)本地供电路径和/或一个以上的交流电(AC)本地供电路径。
本发明具有几个优点，其中包括：
-取消了集中式功率转换器，可以将功率控制器(或SSPC)和本地控制器直接连接到系统的电气网络，以便在没有中间电能转换的情况下汲取所需的能量，
-通过插入AC(三(Tri))/DC型转换器可以适配交流电(AC)供电，其输出电压类似于系统的电网，以使功率控制器CAj内的每个DC/DC转换器标准化。该适配可以在DC板和AC板(比DC板具有更大损耗的中心)和AC(三(Tri))/DC转换器的尺寸关联以使其在名义上产生低于系统的直流电网的电压的情况下，使两个AC和DC板的SSPC和本地控制器能够在直流电网上优先消耗，以免在附加的AC(三(Tri))/DC转换器和AC板内产生损耗。实际上，它可以通过将正常情况下的AC板置换到DC板来减少AC板的损耗，从而均衡DC和AC板之间的损耗扩散。
本发明不仅限于上述配电装置和系统的实施方式，仅作为示例，而是包括本领域技术人员在下文权利要求的唯一范围内可以设想的所有变型。

Claims (9)

1.配电装置（DD），包括：
- 连接到至少一个电气部件（Oi）的至少一个功率控制器（CAj）；
-将至少一个功率控制器（CAj）与至少一个外部计算器（CE）连接的至少一个本地控制器（CL）；和
-为功率控制器（CAj）和本地控制器（CL）供电的本地供电路径（VAk），
其特征在于，该功率控制器（CAj）和该本地控制器（CL）均包括耦合到本地供电路径（VAk）的DC/DC型本地转换器（CV1），以及
该装置还包括储能器（RE），所述储能器（RE）耦合到本地供电路径（VAk），耦合到功率控制器（CAj）的本地转换器（CV1），以及耦合到本地控制器（CL）的本地转换器（CV1）。
2.根据权利要求1所述的配电装置（DD），其中本地供电路径（VAk）不包括DC/DC型转换器。
3.根据权利要求1或2所述的配电装置（DD），还包括在本地供电路径（VAk）之间共用的第一所谓共模型滤波器（F1）和/或在本地供电路径（VAk）之间共用的第二所谓差模型滤波器（F2）。
4.根据权利要求1所述的配电装置（DD），其中储能器（RE）是直接型或换向型。
5.根据权利要求1所述的配电装置（DD），其中至少两个本地供电路径（VAk）是所谓直流电型。
6.根据权利要求1所述的配电装置（DD），其中至少一个本地供电路径（SA1）是所谓直流电型，至少一个本地供电路径（SA2）是所谓交流电型，所述装置还包括AC/AC型转换器（CV2）和一组电子部件（E2），所述电子部件对来自交流电网络的能量整形，使其与来自直流电网络的能量兼容。
7.根据权利要求1所述的配电装置（DD），其中每个本地转换器（CV1）是“反激”或“隔离降压”或“正向”型以及“正向”型的每个衍生。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的配电装置（DD），还包括具有二极管的一组电子部件（E1），适于避免在下游发生的短路或其他类型的电气故障的上游传播并且防止这些电气故障在本地供电路径（VAk）之间传播。
9.包括至少一个电气部件（Oi）的系统，特征在于，其还包括至少一个根据前述权利要求1至8中之一所述的配电装置（DD），所述配电装置（DD）耦合到至少一个电气部件（Oi）。
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