一种基于总线的飞机混合式配电系统的制作方法

1.本实用新型属于飞机二次配电系统，尤其是采用固态配电盒和常规配电盒的混合配电系统，具体涉及一种基于总线的飞机混合式配电系统。


背景技术：

2.现今大型飞机主要采用分布式配电架构实现电能的分配，而二次配电系统通常由分布在全机各区域的配电盒及其位于驾驶舱的配电控制组件和线路组成。通过配电盒为其周边的用电设备供电，利用控制组件上的开关控制用电设备供电线路的通断。传统的配电盒主要采用断路器或熔断器实现供电线路保护，同时使用继电器接收来自于控制组件上开关的控制信号实现线路通断控制，这使得配电盒与控制组件之间需要大量的控制线。常规配电盒均是根据供电负载特性进行针对性设计，每个配电盒构型均不相同，无法进行通用化设计。此外，因配电盒分布在全机各区域，在驾驶舱无法监控各配电通道的工作状态。目前已有军用飞机采用固态配电盒代替常规配电盒来实现飞机的二次配电，通常是直接用固态配电盒对常规配电盒进行替换，以减轻系统的重量，提高飞机的性能。但因固态配电盒使用了软件和复杂硬件，其安全性和研制保障等级通常无法满足民用飞机对供电系统的相关要求。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是针对目前系统架构的不足，提供一种基于总线的飞机混合式配电系统，采用固态配电盒与常规配电盒混合，运用数字总线技术发送状态信息，利用离散信号和总线信号相结合的模式传送控制指令。通过该系统既能满足民用飞机的安全性要求，又能实现对全机所有供电线路工作状态的统一监控，还能实现部分固态配电盒的互换，提高了系统的通用性且降低研制成本，同时减少系统导线的数量，减轻系统重量，提高系统的维护性。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一种基于总线的飞机混合式配电系统，包括布置在飞机上的上位机、至少一个固态配电盒、至少一个常规配电盒和至少一个控制组件，其中，上位机通过数字总线与所有固态配电盒、常规配电盒和控制组件连接，常规配电盒通过离散控制信号线与控制组件连接；固态配电盒为飞机非关键负载供电，常规配电盒为飞机关键负载供电。
6.进一步的，固态配电盒内设有至少一个sspc和微处理器；sspc作为供电线路控制和保护单元，还具有采集功能，sspc的采集功能是采集固态配电盒的工作状态、线路电流、电压和自检信息，固态配电盒内的微处理器连接sspc，固态配电盒内的微处理器通过数字总线与上位机传输连接；固态配电盒由上位机通过数字总线直接控制连接。
7.进一步的，常规配电盒内设有采集电路，采集电路连接常规配电盒内的各配电线路，采集电路通过数字总线与上位机传输连接；常规配电盒由控制组件通过离散控制信号线控制连接。
8.进一步的，根据飞机负载的区域分布，设置相应数量的固态配电盒和常规配电盒，分别为相应区域的飞机负载供电。
9.进一步的，根据飞机负载的分类，设置相应数量和类型的控制组件，分别根据相应类型的飞机负载的用电需求，控制对应的常规配电盒。
10.进一步的，控制组件设在飞机驾驶舱内，将与固态配电盒相关的控制开关信号传输给上位机。
11.进一步的，上位机具有输入输出端，机组人员能够通过上位机的输入输出端获取全机所有固态配电盒的综合工作状态和全机所有常规配电盒的通断状态，机组人员能够还能够通过上位机的输入输出端控制全机所有固态配电盒的 sspc。
12.进一步的，数字总线是双余度can总线。
13.与现有技术相比，本实用新型具有的优点和效果如下：
14.1、混合配电系统具有更高的安全性和可靠性；
15.2、能够实时显示全机所有线路保护装置的状态，便于机组判断设备工作状态；
16.3、能够远程实现供电线路的控制和复位；
17.4、能批量对部分配电线路进行控制；
18.5、支持地面对配电系统进行集中维护自检和数据下载分析，提高系统维护性；
19.6、固态配电盒能够互换，降低系统的成本。
附图说明
20.图1为本实用新型一实施例的系统架构示意图；
21.图2为本实用新型一实施例中固态配电盒的原理示意图；
22.图3为本实用新型一实施例中常规配电盒的原理示意图；
23.图4为本实用新型一实施例中上位机的原理示意图；
24.图5为本实用新型一实施例中控制组件的原理示意图；
25.图6为本实用新型一实施例中所有电源模块的原理示意图；
26.图7为本实用新型一实施例中离散信号采集原理示意图；
27.其中，1-上位机，2-固态配电盒，3-常规配电盒，4-控制组件，5-数字总线，6-离散控制信号，7-微处理器，8-第一电源模块，9-sspc，10-第一汇流条，11
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设备壳体，12-内部通讯总线，13-第二汇流条，14-第二电源模块，15-a/d转换模块，16-断路器，17-继电器，18-采集模块，19-主控模块，20-通讯模块，21-i/o 采集与控制接口，22-按键扫描电路，23-显示驱动，24-显示处理单元，25-按键， 26-导光板，27-液晶显示模块，28-第三电源模块，29-以太网接口，30-jtag接口，31-can总线接口，32-开关，33-第四电源模块，34-通讯模块，35-离散量采集电路，36-导光板，37-主控处理器，38-防雷模块，39-滤波电路，40-浪涌保护电路，41-储能电路，42-dc/dc变换电路，43-光耦。
具体实施方式
28.本部分是本实用新型的实施例，用于解释和说明本实用新型的技术方案。
29.一种基于总线的飞机混合式配电系统，其特征在于：包括布置在飞机驾驶舱的上位机和控制组件以及分布在飞机各区域的固态配电盒和常规配电盒组成，设备之间通过传
统电线和数字总线实现连接和信号传输。
30.上述系统为满足民用飞机配电安全性要求，采用固态配电盒为飞机非关键负载供电，常规配电盒则为关键负载供电的混合供电模式。固态配电盒具有重量轻，通用性强，智能化程度高等特点，而常规配电盒具有架构简单，不涉及软件和复杂硬件，两者相结合既可保证系统的安全性，又能提高系统的性能。
31.上述固态配电盒采用sspc(固态功率控制器)作为供电线路控制和保护单元，实现对供电线路的接通/断开控制以及短路和过载保护。同时，利用所有的sspc采集配电线路的工作状态、线路电流、电压和自检等信息，经过固态配电盒内处理器处理后通过总线上报给上位机。系统内配置的多个固态配电盒具有相同的硬件设置，可以实现lru之间的互换。固态配电盒利用位置识别加载对应的构型信息，从而实现对不同区域用电设备的配电和控制。
32.上述常规配电盒采用传统的断路器、熔断器和继电器组合进行电能分配和控制。常规配电盒内置采集电路，采集各配电线路的工作状态和电压信息，并通过通讯总线上报给上位机。
33.上述控制组件布置在驾驶舱，主要用于安装控制开关，并将与固态配电盒相关的控制开关信号转换为总线信号传给上位机。将与常规配电盒相关的离散控制信号发送给对应的配电盒用于控制由继电器组成的逻辑电路完成相关功能。
34.上述上位机，用于显示所有由配电单元上传的数据，并提供控制界面用于机组人员对sspc进行控制。在地面时，地勤人员可以通过上位机对配电系统进行自检和数据下载。
35.上述系统，所有的设备之间均采用双余度can总线通讯，所有设备的数据维护均能通过can总线实现。
36.下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造型劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
37.请参考图1，为一种基于总线的飞机混合式配电系统的架构示意图。一种基于总线的飞机混合式配电系统主要包含四个部分：基于sspc9的固态配电盒 2、基于断路器和继电器常规配电盒3、用于实施控制的控制组件4以及用于显示和维护的上位机1，它们采用总线5和离散控制线6连接，实现全机用电设备的配电和控制。为满足全机各区域用电设备的需求，并保证系统安全等级要求，本实例中采用四个固态配电盒和四个常规配电盒，为全机450个直流用电设备供电。为提高系统的通用性，降低系统研制成本，四个固态配电盒具有相同的硬件，可以通过软件加载配电盒内存储的不同配电构型实现一型多用。控制组件为机组对用电设备的控制提供人机界面。上位机则是用于实现数据存储、显示和系统维护等功能。
38.请参考图2，为所述固态配电盒的原理示意图。每个固态配电盒由两块硬件相同的配电板卡11组成。每块配电板卡包括15个5a规格的sspc9、5个 10a规格的sspc9、3个15a规格的sspc9和2个30a规格的sspc9。同时，配电板卡还包括两个互为备份的电源转换模块8，将飞机28v转换为装置内各芯片或电路所需的3.3v、5v和稳定的28v电源。电能通过与设备连接器直接连接的第一汇流条10分配到各sspc，再经sspc分配给负载。汇流条按照28v 额
定电流100a设计，单个装置能够满足200a的直流电能分配。汇流条与连接器有多种规格的接口，使得配电单元的输入可以根据实际布置区域负载的需求，调整输入接口以匹配对应的机上导线线规。所有的sspc均具有线路接通/断开、过载保护和短路保护的功能，同时还能采集供电线路的电流和电压信息，并利用固态配电盒内部的微处理器7进行自检bit。配电板卡由处理器实现控制，处理器与sspc之间采用can总线通讯，所有的sspc均与两个处理器进行通讯。利用内部总线12，处理器可以将配电构型和控制命令发送给每个sspc，同时sspc可以将系统状态信息和采集信息上传给处理器。正常情况下每个处理器各控制一个配电板卡，当其中一个出现故障时，另一个处理器将接管其功能管理两个配电板卡。固态配电盒利用采用4根离散输入地/开识别安装位置，根据位置加装对应的配电构型。而每个固态配电盒内存储有四种配电构型，因此同一配电盒安装到四个位置均可工作。同时，固态配电盒还接收离散轮载信号，用于判断飞机是否处于地面，以防止在空中执行维护等不希望在空中出现的操作。
39.请参考图3，为所述常规配电盒的原理示意图。图3中，常规配电盒配电线路根据负载大小设置了断路器16实现线路保护，利用继电器17接收外部离散控制信号实现线路控制。同时，为监控各配电通道的状态，增加了数据采集模块18和a/d转换模块15，并通过通讯总线将数据传递上位机。上述a/d转换模块用于采集配电盒汇流条1电压，将电压信号转换为数字信号发送给主控模块。
40.请参考图4，为所述上位机的原理示意图。上位机由液晶显示模块27、按键25、导光板26、第三电源模块28、显控处理单元24、i/o采集与控制21、总线接口31、以太网接口29和jiag接口30组成。通信总线接口采用can总线接口，用于与控制组件和配电盒进行通信。can网络的波特率采用250kbps，数据传输频率为10hz。设置jtag用于上位机的测试和维护，而使用以太网用于存储数据的下载。上位机可显示所有供电线路状态和设备间的通讯状态，并可通过上位机对配电系统实施地面维护和数据查看等功能。机组人员或地面维护人员可以通过上位机上设置的按键对显示页面进行切换，对下端固态配电盒 sspc进行接通、断开和复位控制。显控处理单元通过周期扫描按键状态获取控制指令，经解算后给出对应的控制指令和状态显示。同时，上位机能够存储整个飞行阶段的电源系统所有的监控数据，利用维护接口可将所有数据下载分析。通过上位机，地面维护人员可以对下端所有配电盒进行维护自检，并查看最终的自检结果，提高系统的维护性。
41.请参考图5，为所述控制组件的原理示意图。控制组件由结构件、导光板 36、控制开关32、第四电源模块33、离散量采集35、主控处理器37和通信模块34组成。结构件用于固定所有的器件，并提供安装接口。导光板接收来自于驾驶舱调光系统的供电，显示开关对应的字符。开关则是机组人员提供控制操作器件，通过操控开关，给出控制指令。离散量采集模块用于采集开关信号，并转换为数字量。为满足不同的控制需求，控制组件提供有总线接口和离散量接口。开关状态经过采集电路采集后由处理器处理，最后通过通信模块发出总线数据。电源模块为采集模块和通信模块供电。
42.上述离散量采集模块，用来采集断路器的接通、断开状态，其原理如图7 所示。采用光耦43采集每一个离散信号，送到主控模块进行处理。
43.上述所有的电源模块，其原理示意图如图6所示。实施例中的电源模块，如图6所示，其特征在于由防雷模块38、滤波电路39、浪涌保护电路40、储能电路41和dc/dc变换电路
42组成，主要目的是为保证设备能满足do160 相关环境试验要求。防雷模块来实现雷电防护设计。浪涌保护电路则可对80v 过压浪涌及600v电源尖峰进行保护，储能电路中设置超级电容，能保证产品在电源中断50ms期间正常工作。