FR3104844A1 - Architecture modulaire de distribution secondaire d’énergie électrique - Google Patents

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Abstract

Architecture modulaire de distribution secondaire d’énergie électrique provenant d’une source d’alimentation (G) et apte à être délivrée à une pluralité de charges (CH1, CH2,..,CH4), comprenant au moins un contrôleur de puissance à semi-conducteurs (1) comportant au moins deux voies (10, 11) disposées en parallèle et comportant chacune une entrée (G10,…,G13) couplée à ladite source d’alimentation (G), caractérisée en ce qu’au moins deux voies (10, 11, 12, 13) du contrôleur de puissance (1) sont couplées à au moins deux charges (CH1,…, CH4). Figure pour l’abrégé : Fig 2

Description

Architecture modulaire de distribution secondaire d’énergie électrique
La présente invention concerne les systèmes de distribution secondaire d’énergie électrique, et plus particulièrement, les contrôleurs de puissance à semi-conducteurs destinés à être embarqués à bord d’un aéronef.
Un aéronef comprend généralement un système électrique comprenant notamment un circuit de distribution primaire d’énergie électrique et un circuit de distribution secondaire d’énergie électrique.
Ces circuits de distribution permettent de protéger et de distribuer la puissance électrique provenant de sources internes, par exemple des générateurs ou des batteries, ou de sources externes, tels que des unités de puissance ou un groupe de parc, vers des charges utiles ou vers d’autres circuits de distribution de l’aéronef.
Les circuits de distribution sont généralement équipés de cartes électroniques et de connecteurs permettant de connecter électriquement les cartes électroniques aux charges de l’aéronef.
Les cartes électroniques sont généralement des contrôleurs de puissance à semi-conducteurs à plusieurs voies SSPC («Solid State Power Controller» en anglais), dans lesquels chaque voie de la carte SSPC contrôle l’alimentation électrique d’une charge électrique de l’aéronef.
Ces contrôleurs de puissance représentent une alternative aux disjoncteurs électromécaniques. Ils ont l’avantage de présenter un temps de réponse relativement faible, et peuvent éliminer la formation d’arc pendant un transitoire d’ouverture et un rebond pendant un transitoire de fermeture.
Cependant, chaque carte électronique ayant des voies d’une configuration particulière doit être soumise à une série de tests de validation pour s’assurer du respect des normes aéronautiques et/ou celles des compagnies aériennes.
Ainsi, à chaque modification de la configuration des voies d’un contrôleur de puissance pour répondre à des besoins définis, la carte électronique doit à nouveau être contrôlée.
Aujourd’hui, ceci devient problématique compte-tenu du nombre important de compagnies aériennes présentes sur le marché ainsi que des différents modèles d’aéronefs opérationnels.
En conséquence, les équipementiers aéronautiques se retrouvent contraints à fabriquer des cartes électroniques adaptées aux besoins de leurs clients, ce qui rend les tests de validation longs et coûteux.
Le temps de fabrication se retrouve également impacté étant donné qu’il faut reconfigurer les machines de fabrication en permanence pour réaliser les cartes électroniques demandées.
Il existe donc un besoin de réduire le temps consacré à chaque nouvelle carte électronique de configuration différente des précédentes.
A cet effet, il est proposé une architecture modulaire de distribution secondaire d’énergie électrique comportant des cartes électroniques génériques.
Autrement dit, les contrôleurs de puissance présenteront une configuration identique à l’étape de fabrication tout en étant modulaire et donc apte à s’adapter aux particularités de chaque modèle d’aéronef.
Selon un premier aspect, il est proposé une architecture modulaire de distribution secondaire d’énergie électrique provenant d’une source d’alimentation et apte à être délivrée à une pluralité de charges.
L’architecture modulaire comprend au moins un contrôleur de puissance à semi-conducteurs comportant au moins deux voies disposées en parallèle comprenant chacune une entrée couplée à ladite source d’alimentation, et dans laquelle au moins deux voies du contrôleur de puissance sont couplées à au moins deux charges.
On entend par «voie», une ligne de transmission configurée pour délivrer un courant d’une valeur prédéterminée à une charge.
Par exemple, une première voie peut délivrer un courant de 3A et une deuxième voie un courant de 6A.
Chaque voie est donc dimensionnée pour conduire une puissance définie.
Afin de conduire des courants plus importants, on dispose tout ou partie des voies du contrôleur de puissance en parallèle.
Les voies ainsi mises en parallèle comprennent donc chacune une sortie couplée à la sortie d’une autre voie. Si deux voies sont aptes chacune de délivrer un courant de 3A, elles peuvent délivrer ensemble un courant de 7.5A à une charge.
Pour revenir à des courants plus faibles, on peut déconnecter les pistes couplant les sorties des voies entre-elles, par exemple en les sectionnant. Chaque voie conduira un courant de 3A.
En d’autres termes, chaque contrôleur de puissance à semi-conducteurs est configuré pour conduire initialement une puissance importante tout en étant apte à être reconfiguré en découplant les pistes entre les voies.
Bien entendu, les voies du contrôleur de puissance qui ne sont pas initialement disposées en parallèle sont couplées individuellement à une charge.
Ainsi, on peut avoir une architecture comprenant initialement au moins deux voies en parallèle aptes à délivrer un premier courant à au moins une première charge mais aussi une autre voie non disposée en parallèle délivrant un deuxième courant à une deuxième charge.
De préférence, chaque voie a un calibre compris entre 1A et 800A.
Préférentiellement, les couplages sont réalisés en encre conductrice.
Par «encre conductrice» on entend toute encre à base d’ions métalliques ou de polymères organiques, permettant d’imprimer des circuits électroniques.
Alternativement, les couplages sont réalisés par soudure.
De préférence, le couplage entre les sorties desdites au moins deux voies comporte un fusible.
Par «fusible» on entend tout dispositif électronique apte à découpler lesdites sorties. Le fusible peut être réversible ou non réversible et choisi par l’homme du métier en fonction de l’architecture et des besoins en puissance de la carte électronique.
Avantageusement, le couplage entre les sorties desdites au moins deux voies comporte en outre un dispositif de faible impédance.
Il s’agit d’un dispositif qui permet au courant de circuler d’une première voie à une deuxième voie en utilisant peu d’énergie, par exemple un shunt.
A titre d’exemple, une faible impédance est comprise entre 0,1µohm et 1mohm.
Selon un autre aspect, il est proposé un aéronef comportant une architecture modulaire de distribution secondaire d’énergie électrique telle que définie ci-dessus.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins indexés sur lesquels:
illustrent schématiquement différentes configurations possibles des voies d’un contrôleur de puissance à semi-conducteurs.
En référence aux figures 1 et 2, on a schématiquement représenté une carte électronique CE destinée à être embarquée dans un aéronef non représenté.
La carte électrique CE comporte une architecture modulaire visant à permettre la protection et la distribution secondaire d’énergie électrique entre des sources de puissance électrique G, des charges et/ou des boîtiers de distribution de puissance électrique CH de l’aéronef.
Sauf lorsqu’il en sera indiqué autrement, le terme «couplage» désigne toute conduction directe ou indirecte d’un courant entre deux éléments de la carte électronique CE.
Sauf lorsqu’il en sera indiqué autrement, le terme «parallèle» sera compris comme se rapportant à un montage électronique en dérivation entre des éléments de la carte électronique CE.
Dans les exemples illustrés dans les figures 1 et 2, la carte électronique CE comporte une génératrice triphasée G entraînée par une turbine de l’aéronef, alimentant un contrôleur de puissance à semi-conducteurs 1 par l’intermédiaire d’une barre de distribution de courant ALM.
Le contrôleur de puissance 1 comporte n voies, n représentant un nombre déterminé de voies choisi en fonction des besoins en distribution de puissance.
A titre d’exemple, un contrôleur de puissance peut comporter entre 1 et 50 voies.
Dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif et par souci de clarté, le contrôleur de puissance 1 comporte quatre voies 10, 11, 12 et 13.
La barre de distribution ALM est ici couplée aux entrées G10, G11, G12 et G13 des quatre voies du contrôleur de puissance 1.
En référence à la figure 1, les voies 10, 11, 12, 13 sont disposées en parallèle. La sortie de chaque voie est couplée à une autre voie.
Chaque voie conduit individuellement un courant de 3A. La parallélisation de toutes les voies permet de conduire un courant de 15A.
Autrement dit, cette configuration permet initialement de délivrer un courant de 15A à une ou plusieurs charges avioniques CH1, CH2 et CH3 via un connecteur CN.
Il est à noter que le couplage entre chaque sortie et le connecteur CN peut comprendre un ou plusieurs fusibles 3 afin de protéger la carte électronique CE.
La parallélisation entre les voies peut se faire via l’utilisation d’un shunt 4, d’une encre conductrice ou via soudure.
Par ailleurs, le couplage entre les sorties des voies peut également comprendre un fusible réversible ou non réversible non représenté sur la figure.
En conséquence, le découplage entre les voies peut être réalisé en sectionnant les pistes ou en ouvrant le fusible.
Ainsi, si on sectionne une piste P1 entre les sorties des voies 12 et 13, les voies 12, 11, 10 délivreront un courant de 10A aux charges CH1 et CH2. Quant à la voie 13, elle délivrera un courant de 3A à la charge CH3.
On peut par exemple sectionner une piste P2. Dans ce cas, les voies 10 et 11 conduiront un courant de 7,5A et les pistes 12 et 13 conduiront un courant de 7,5A.
Le découplage entre les sorties de voies définies permet donc d’avoir une architecture modulaire apte à délivrer initialement un courant de 15A puis des courants de 10A, 7,5A ou 3A à des charges.
Les voies 10, 11, 12 et 13 sont par ailleurs pilotées par un processeur 2 via les entrées S10, S11, S12 et S13.
Comme autre exemple de moyens de contrôle, on peut également citer un microcontrôleur ou un système de portes logiques utilisant un amplificateur opérationnel associé à un comparateur.
En fonctionnement, le processeur 2 désactive ou active les voies. Par exemple, si le processeur 2 désactive la voie 13, le courant délivré par cette configuration sera de 10A.
La figure 2 illustre schématiquement un autre exemple de configuration des voies 10, 11, 12, 13 du contrôleur de puissance 1.
Ici, la voie 12 délivre un courant de 3A à la charge CH2 et la voie 13 délivre un courant de 3A à la charge CH3.
Les voies 10 et 11, chacune délivrant un courant de 3A, sont disposées en parallèle via une piste P3. Elles sont donc aptes à délivrer un courant de 7,5A aux charges CH1 et CH4.
Comme indiqué ci-avant, la piste P3 peut être réalisée en encre conductrice, par soudure ou via un shunt 4. Pour protéger le couplage, un fusible peut également être ajouté.
On peut donc découpler les sorties des voies 10 et 11 en sectionnant la piste P3 ou en ouvrant le fusible.
Ainsi, les sorties des voies 10 et 11 délivreront chacune un courant de 3A aux charges CH1 et CH4.

Claims (7)

  1. Architecture modulaire de distribution secondaire d’énergie électrique provenant d’une source d’alimentation (G) et apte à être délivrée à une pluralité de charges (CH1, CH2,..,CH4), comprenant au moins un contrôleur de puissance à semi-conducteurs (1) comprenant au moins deux voies (10, 11) disposées en parallèle et comportant chacune une entrée (G10,…,G13) couplée à ladite source d’alimentation (G), caractérisée en ce qu’au moins deux voies (10, 11, 12, 13) du contrôleur de puissance (1) sont couplées à au moins deux charges (CH1,…, CH4).
  2. Architecture modulaire selon la revendication 1, dans laquelle chaque voie (10, 11, 12, 13) a un calibre compris entre 1A et 800A.
  3. Architecture modulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les couplages sont réalisés en encre conductrice.
  4. Architecture modulaire selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les couplages sont réalisés par soudure.
  5. Architecture modulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le couplage entre les sorties desdites au moins deux voies comporte un fusible.
  6. Architecture modulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le couplage entre les sorties desdites au moins deux voies (10, 11) comporte en outre un dispositif de faible impédance (4).
  7. Aéronef comprenant au moins une architecture modulaire de distribution secondaire d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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