技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明是一種應(yīng)用于模塊化航電系統(tǒng)的電源冗余備份裝置，特別涉及在機(jī)載交流電環(huán)境下，單個背板上多模塊、大功率條件下的電源冗余備份裝置。

背景技術(shù)：
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目前飛機(jī)平臺主要提供115vac電源和28vdc，當(dāng)用電設(shè)備功率較大時(shí)，若直接使用28vdc電源則需要電流較大，增加了電源系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，因此，大功率電子設(shè)備更傾向于從115vac獲取電能。但是115vac電源主要由大功率發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，性能存在不足：

1.電源頻率、電壓穩(wěn)定性不足。

2.在發(fā)電機(jī)主備切換時(shí)會有短暫掉電。

因此，大功率航電系統(tǒng)使用115vac電源時(shí)，需要專用的電源模塊完成電源轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓、掉電維持等工作。

另一方面，航空電子設(shè)備的電源需要具備冗余結(jié)構(gòu)，以提高安全性。傳統(tǒng)做法通常采用多個電源轉(zhuǎn)換器并聯(lián)的冗余結(jié)構(gòu)來提供故障容錯度(如圖2)，為了避免反向電流，在模塊與負(fù)載總線間以二極管隔離。

隨著航空電子設(shè)備向著綜合模塊化方向發(fā)展，設(shè)備的集成度提升，單個機(jī)箱的功能、功率都有極大提升，此時(shí)傳統(tǒng)做法面臨如下挑戰(zhàn)：

(1)對器件性能要求高、散熱壓力大。冗余電源通過二極管并聯(lián)到負(fù)載總線，由于設(shè)備數(shù)量多，總功率大，作為電源輸出的必經(jīng)之路，對二極管的性能要求也很高。同時(shí)，通過大電流會造成二極管發(fā)熱量高，在綜合模塊化設(shè)備中產(chǎn)生嚴(yán)重的散熱壓力。

(2)無法對各電源模塊功率進(jìn)行默認(rèn)分配。由于電源模塊以并聯(lián)方式接入負(fù)載總線，各模塊功率由器件自動平衡，但模塊的不一致性會導(dǎo)致功率分配的不可控。嚴(yán)重情況下，可能導(dǎo)致部分電源模塊由于長期負(fù)載過重?fù)p壞。

(3)存在單點(diǎn)失效風(fēng)險(xiǎn)。模塊全部掛在一根負(fù)載總線上，如果此負(fù)載總線出問題，則所有設(shè)備都無法工作。

(4)在完成掉電維持功能需要大量電容，而主電源和備用電源的電容獨(dú)立，占用體積過大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種應(yīng)用于模塊化航電系統(tǒng)的電源冗余備份裝置，解決模塊化航空電子設(shè)備中，電源模塊功率分配、可靠性、體積等需求無法平衡的矛盾，在保證可靠性的基礎(chǔ)上，優(yōu)化功率分配、減小模塊總體積。

本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種應(yīng)用于模塊化航電系統(tǒng)的電源冗余備份裝置，包含二個電源模塊、若干個負(fù)載模塊，所述電源模塊被配置為將輸入的115vac轉(zhuǎn)換為28vdc輸出，負(fù)載模塊包含控制芯片，所述控制芯片包含第一電源輸入接口、第二電源輸入接口，第一電源輸入接口連接一個電源模塊，第二電源輸入接口連接另一個電源模塊，控制芯片被配置為默認(rèn)從第一電源輸入接口接收電源并發(fā)送給用電模塊，當(dāng)?shù)谝浑娫摧斎虢涌诮邮詹坏诫娫磿r(shí)切換至第二電源輸入接口接收電源并發(fā)送給用電模塊。

依據(jù)上述特征，任一一個電源模塊并聯(lián)連接部分負(fù)載模塊的第一電源輸入接口，并聯(lián)連接剩余負(fù)載模塊的第二電源輸入接口。

依據(jù)上述特征，所述電源模塊包含串聯(lián)的升壓模塊和降壓模塊，所述升壓模塊用于將輸入的115vac轉(zhuǎn)換為270vdc，所述降壓模塊用于將270vdc轉(zhuǎn)換為28vdc輸出給負(fù)載模塊。

依據(jù)上述特征，所述的電源冗余備份裝置還包含與二個電源模塊并聯(lián)的掉電維持電容，所述電源模塊還被配置為當(dāng)接收不到115vac時(shí)，從掉電維持電容中獲取電源。

使用以上電源冗余備份裝置，當(dāng)設(shè)備正常工作時(shí)，各個電源模塊平均分配功率，此時(shí)各用電模塊負(fù)荷均等，產(chǎn)熱分散，器件的損耗較小。

當(dāng)某個電源模塊失效時(shí)，該失效的電源模塊輸出的電源+28v降為0，默認(rèn)使用此電源模塊作為主電源的負(fù)載模塊將檢測到電壓的變化，從而切換到使用備用的電源模塊上。

當(dāng)外部電源切換，115v短時(shí)間掉電時(shí)，電源模塊從掉電維持電容中獲取電能，短時(shí)間維持+28v穩(wěn)定，從而屏蔽外部電源切換帶來的問題。

附圖說明:

圖1為實(shí)施例所述的電源冗余備份裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為傳統(tǒng)電源冗余備份裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，用電設(shè)備掛載同一電源總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖3為實(shí)施例所述的電源模塊結(jié)構(gòu)；

圖4為實(shí)施例所述的負(fù)載模塊電源接入方法。

具體實(shí)施方式：

以下結(jié)合具體的實(shí)施例和附圖來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的論述。圖1以1:1備份為例，應(yīng)用于模塊化航電系統(tǒng)的電源冗余備份裝置，包含二個電源模塊、若干個負(fù)載模塊，電源模塊被配置為將輸入的115vac轉(zhuǎn)換為28vdc輸出，負(fù)載模塊包含控制芯片，控制芯片包含第一電源輸入接口、第二電源輸入接口，第一電源輸入接口連接一個電源模塊，第二電源輸入接口連接另一個電源模塊，控制芯片被配置為默認(rèn)從第一電源輸入接口接收電源并發(fā)送給用電模塊，當(dāng)?shù)谝浑娫摧斎虢涌诮邮詹坏诫娫磿r(shí)切換至第二電源輸入接口接收電源并發(fā)送給用電模塊。

作為舉例而非限定，電源模塊可以采用二級轉(zhuǎn)換(如圖3)，包含升壓模塊和降壓模塊，升壓模塊將輸入的一路115vac通過三相整流橋轉(zhuǎn)換270vdc送入降壓模塊，降壓模塊通過dcdc轉(zhuǎn)換器將270vdc轉(zhuǎn)換為28vdc。掉電維持電容并聯(lián)在升壓模塊和降壓模塊之間通過接口引出，在外部與所有電源模塊公用。當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，降壓模塊從掉電維持電容中獲取電能，繼續(xù)工作，直到降壓模塊的輸入低于最低工作電壓vmin,由于掉電維持電容容量與電壓差的平方成反比，使用升壓模塊產(chǎn)生的中間電壓270v較高，有助于減小需要的電容值。其外，掉電維持電容由多個電容并聯(lián)組成，可靠性較高。

作為舉例而非限定，圖4給出了基于linear公司ltc4416控制芯片的負(fù)載模塊的參考結(jié)構(gòu)示意圖。該參考方案中，v1為主電源輸入電壓，v2為備用電源輸入電壓。v1經(jīng)電阻分壓后提供使能信號。當(dāng)v1＝28v，e1＞vref[1]，通道1被使能，g1驅(qū)動q1、q2開通，vout＝v1＝28v，此時(shí)輸入高電平無效，通道2關(guān)閉；當(dāng)v1＜最低允許電壓vinmin[2]，e1＜vref，輸入低電平無效，q1、q2被關(guān)斷，v1不再向vout供電，而此時(shí)被使能，q3、q4導(dǎo)通，vout＝v2＝28v。如此即可完成電源主備選擇與合路。

電源冗余備份裝置的使用過程如下：

步驟1)統(tǒng)計(jì)電子設(shè)備總功率、各用電模塊功率，并對用電模塊進(jìn)行分類。依據(jù)各用電模塊的功能與飛機(jī)安全的相關(guān)程度，將用電模塊的類別分為重要類和一般類。

步驟2)根據(jù)安全性、可靠性要求，確定各用電模塊的電源功率、冗余功率。

步驟3)為每個用電模塊配置一個負(fù)載模塊，根據(jù)用電模塊的類別和功率，負(fù)載模塊的第一電源輸入接口連接合適的電源模塊作為主電源，負(fù)載模塊的第二電源輸入接口另外連接一個合適的電源模塊作為備份電源。如圖1中所示，對于負(fù)載模塊1——n來說，其主電源由電源模塊1供給，備份電源由電源模塊2供給，對于負(fù)載模塊n+1——2n來說，其主電源由電源模塊2供給，備份電源由電源模塊2供給。當(dāng)有電源失效時(shí)，負(fù)載模塊會自動進(jìn)行主備切換。主備電源選擇、合路在負(fù)載模塊中實(shí)現(xiàn)，相對于傳統(tǒng)電源冗余的結(jié)構(gòu)(圖2)，新方法的優(yōu)勢在于：1.不再需要二極管隔離，防止了電流較大時(shí)在二極管上電能損耗大、產(chǎn)熱大的問題。2.為各個負(fù)載模塊分配了默認(rèn)電源，有利于功率的平均分配和控制。

步驟4)、電源模塊能正常接收到115vac,升壓模塊將115vac轉(zhuǎn)換為270vdc送入降壓模塊和掉電維持電容，降壓模塊將270vdc轉(zhuǎn)換為28vdc輸出。負(fù)載模塊默認(rèn)從第一電源輸入接口接收電源。

步驟5)、當(dāng)外部電源切換，115v短時(shí)間掉電時(shí)，電源模塊從掉電維持電容中獲取電能，短時(shí)間維持+28v穩(wěn)定，從而屏蔽外部電源切換帶來的問題。當(dāng)某個電源模塊失效時(shí)，該電源模塊輸出的主電源+28v和備用電源+28v均降為0，默認(rèn)使用此路電源的負(fù)載模塊的第一電源輸入接口檢測到電壓的變化，從而切換至由第二電源輸入接口接收備用電源。

本實(shí)施例在負(fù)載模塊內(nèi)進(jìn)行主備電源切換的優(yōu)勢在于可以為用電模塊分配默認(rèn)使用電源，同時(shí)電源檢測電路裕度較大，可以有效防止電源反復(fù)切換。

以上所述，為本發(fā)明的一個具體實(shí)例，但此方法并不局限于1:1電源備份的情況。相對于傳統(tǒng)做法，本發(fā)明在完成電源冗余備份的同時(shí)，針對大功率和模塊化的航電設(shè)備做了設(shè)計(jì)，使得各電源模塊輸出功率平衡、具備掉電維持功能且電容體積較小、可有效防止電源反復(fù)切換。