配電柜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及配電柜。被包括在配電柜中的電源模塊將來自一個或多個電源的功率分配至多個內(nèi)部柜模塊。所述電源模塊包括多個輸入端子，每個輸入端子被連接到不同的電源，其中，在所述飛行器或交通工具的操作期間，所述多個電源中的每一個的可用性不同。多個輸出端子被連接至所述多個輸入端子中的一個或多個，以提供代表選定電源的組合的輸出。
【專利說明】配電柜【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及配電柜，且特別涉及多源配電柜。
【背景技術(shù)】
[0002]配電柜通常用于飛行器應(yīng)用中，以容納用于將功率分配給不同電氣負(fù)載的模塊。然而，這些不同電氣負(fù)載的可用性需求可能并不是相同的。例如，一些電氣負(fù)載僅需要在選定的飛行器操作模式中由配電柜來控制并供電，例如僅當(dāng)飛行器位于地面上時、或當(dāng)飛行器被補(bǔ)給燃料時、或僅當(dāng)飛行器電力總線和電源的一定組合是可用時。
[0003]典型配電柜允許將不同輸入電源一起或運(yùn)算(OR’d)，以用于分配到一個或多個內(nèi)部柜模塊，每個電源在單個連接點(diǎn)處被連接到所述電源模塊，而不是被單獨(dú)地連接到每個內(nèi)部柜模塊。此外，在瞬態(tài)事件期間，電源模塊向每個內(nèi)部柜模塊典型地提供保持功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]被包括在配電柜中的電源模塊將功率從一個或多個外部電源分配至多個內(nèi)部柜模塊。所述電源模塊包括多個輸入端子，每個輸入端子被連接到不同的交通工具電源，其中，在所述交通工具的操作期間，所述多個電源中的每一個的可用性不同。所述電源模塊包括多個輸出端子，所述輸出端子被連接至所述多個輸入端子中的一個或多個，以提供代表選定電源的組合的輸出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于配電柜的電源模塊的電路圖。
[0006]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的配電柜的電路圖。
[0007]圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的配電柜的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于配電柜的電源模塊的電路圖。電源模塊10包括多個輸入12a、12b和12c、多個輸出14a、14b和14c、電磁干擾/過電壓(EMI/0V)保護(hù)電路 16a、16b、16c、開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器(switching up/down converter) 18、二極管 20、第一多個或運(yùn)算(OR’d)二極管22a、22b和22c、第二多個或運(yùn)算二極管24a和24b、以及第三多個二極管26a、26b和26c、高電壓電容器28、二極管30、以及電阻32。
[0009]多個輸入12a、12b和12c中的每一個均連接到不同的外部飛行器DC電源。取決于飛行器的操作階段(例如，在地面上、在飛行中等)，這些DC電源中的一個或多個可能是不可用的。在一個實(shí)施方式中，輸入端子12a從飛行器維護(hù)DC功率總線接收功率，當(dāng)飛行器位于地面上時，所述飛行器維護(hù)DC功率總線被供電。輸入端子12b由飛行器主DC總線來供電，在全部操作模式期間，飛行器主DC總線都被供電；并且輸入端子12c由源于永磁體發(fā)電機(jī)(PMG)的DC功率總線來供電，所述DC功率總線僅當(dāng)該飛行器發(fā)動機(jī)在運(yùn)行時才被供電。在該示例中，當(dāng)飛行器在地面上以及發(fā)動機(jī)不運(yùn)行時，輸入12c將有可能不被供電。
[0010]多個輸出14a、14b、14c被連接到所述多個輸入中的一個或多個，以從DC電源中的至少一個來接收功率。例如，輸出14a被連接成從DC輸入接收功率，該DC輸入向輸入端子12a提供功率。在該實(shí)施方式中，輸入端子12a被連接到維護(hù)總線，所述維護(hù)總線僅當(dāng)飛行器位于地面上時是可用的。因此，僅當(dāng)飛行器位于地面上時在維護(hù)操作期間需要起作用的那些柜模塊被連接到輸出端子14a。類似地，輸出端子14b被連接以從輸入端子12a、12b或12c接收功率，使得輸出端子14b在飛行器的全部操作模式期間都保持被供電。在飛行器的全部操作模式期間需要被供電并且起作用的柜模塊被連接到輸出端子14b。最后，輸出端子14c被連接以從輸入端子12b或12c (例如，主總線功率或PMG功率)接收功率，并且被提供給功率柜模塊，所述功率柜模塊在發(fā)動機(jī)操作期間或當(dāng)主DC總線功率可用時需要能操作。
[0011]輸出端子14a、14b和14c至一個或多個輸入端子12a、12b和12c的連接允許使得用于所述模塊的特定種類的內(nèi)部柜電源可用于連接到選擇性模塊或模塊類型，所述選擇性模塊或模塊類型繼而基于飛行器操作模式能夠以模塊化的方式支持交通工具分配功能以及選擇性模塊中的負(fù)載。由此，本發(fā)明提供一種架構(gòu)，該架構(gòu)提供向內(nèi)部柜模塊供電的選擇可用性。模塊的該選擇可用性并不取決于任何內(nèi)部柜管理控制或監(jiān)測功能，而是僅由外部輸入端子連接饋線和電源模塊的或運(yùn)算功能的組合來確定。作為示例，該架構(gòu)可用于賦予高整體性、仍靈活且成本優(yōu)化的飛行器分配柜設(shè)計(jì)架構(gòu)。
[0012]在如圖1所示的實(shí)施方式中，電源模塊10包括分別連接到輸入端子12a、12b和12c的電磁干擾/過電壓(EMI/0V)保護(hù)電路16a、16b和16c。每個EMI/0V保護(hù)電路16a、16b和16c提供對接收自相應(yīng)外部DC電源的功率的過濾，并且還提供用于每個輸入的過電壓保護(hù)，可包括飛行器防雷擊保護(hù)。每個EMI/0V保護(hù)電路16a、16b和16c還可提供過電流保護(hù)和啟動沖擊電流控制功能。該過電流保護(hù)確保了在分配柜內(nèi)部故障的情況下，從每個輸入端子(12a、12b和12c)汲取的最大電流被局限于安全的最大值。類似地，沖擊(in-rush)電流控制功能確保了，在正常分配柜加電操作期間電流消耗的啟動涌流從每個輸入端子(12a、12b和12c)被控制/被限制。
[0013]此外，電源模塊10包括開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器18，所述開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器從所述多個輸入端子12a、12b和12c中的每一個接收輸入，并且利用所接收的功率來向高電壓儲存電容器28充電。由此，開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器18保持帶電，即便在一個或多個(并非全部)輸入端子12a、12b和12c處存在功率損失。在一個實(shí)施方式中，開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器18包括用于轉(zhuǎn)換器的DC-DC升壓器，用于將由輸入端子12a、12b和12c中的一個或多個供應(yīng)的電壓增加到用于在高電壓儲存電容器28上儲存的更高電壓。開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器18可利用DC-DC轉(zhuǎn)換器來將由高電壓儲存電容器28提供的電壓降低至較低電壓，所述較低電壓適于供應(yīng)到連接至輸出端子14a、14b和14c的負(fù)載。響應(yīng)于關(guān)于一個或多個電源的功率損失、且因此在輸出端子14a、14b和14c中的一個或多個處的功率損失，開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器18利用儲存在高電壓儲存電容器28中的能量，以在短時間段內(nèi)保持至所述一個或多個輸出端子的功率。這在外部電源的一個或多個中存在功率瞬間損失狀況期間允許保持連接到所述一個或多個輸出14a、14b和14c的負(fù)載保持被供電。
[0014]在圖1所示的實(shí)施方式中，二極管OR電路被用于連接至一個或多個輸入端子的那些輸出端子，以防止獨(dú)立電源彼此短路。例如，輸出端子14b分別借助二極管22a、22b和22c連接到所述多個輸入端子12a、12b和12c中的每一個，這形成二極管或運(yùn)算功率電路。類似地，輸出端子14c被連接以分別借助二極管24a和24b從輸入端子12b和12c接收功率，這形成另一二極管或運(yùn)算功率電路。此外，由開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器18供應(yīng)的功率分別借助二極管26a、26b和26c被供應(yīng)給每個輸出端子14a、14b和14c。
[0015]由此，電源模塊從多個輸入接收功率，并且將從所述多個輸入接收的功率選擇性地分配到一個或多個輸出。在一個實(shí)施方式中，在每個配電柜中可采用兩個或更多個電源模塊，以提供附加冗余。
[0016]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的配電柜38的電路圖。在該實(shí)施方式中，配電柜38包括冗余電源模塊10和10’、微處理器模塊40、維護(hù)負(fù)載模塊42、分離輸入/輸出(IO)模塊44、發(fā)電機(jī)控制單元/數(shù)字信號處理器(GCU/DSP)模塊46、以及底板內(nèi)部模塊功率饋送總線,所述底板內(nèi)部模塊功率饋送總線包括第一底板功率總線48和48’、第二底板功率總線50和50’、以及第三底板功率總線52和52’。微處理器模塊40、維護(hù)負(fù)載模塊42、分離輸入/輸出(IO)模塊44、以及發(fā)電機(jī)控制單元/數(shù)字信號處理器(G⑶/DSP)模塊46被統(tǒng)稱為“內(nèi)部柜模塊”。
[0017]電源模塊10代表關(guān)于圖1詳細(xì)描述的相同電源模塊。電源模塊10’是電源模塊10的冗余，并且與電源模塊10以相同的方式被實(shí)施。例如，電源模塊10’包括輸入端子12a’、12b’和12c’以及輸出端子14a’、14b’和14c’。輸入端子12a’、12b’和12c’分別與輸入端子12a、12b和12c連接到相同的電源。但是，在其他實(shí)施方式中，電源模塊10’可連接到與連接到電源模塊10的電源不同的一個或多個電源。
[0018]如關(guān)于圖1所述的，輸入端子12a和12a’被連接到維護(hù)總線，當(dāng)飛行器位于地面上時，所述維護(hù)總線是可用的。輸入端子12b和12b’被連接到飛行器主DC總線，在全部操作模式期間，所述飛行器主DC總線都是可用的。輸入端子12c和12c’被連接到源于PMG的DC功率總線，僅當(dāng)飛行器發(fā)動機(jī)在運(yùn)行時，所述DC功率總線是可用的。輸出端子14a和14a’被連接以分別借助輸入端子12a和12a’僅從維護(hù)總線接收功率。輸出端子14b和14b’被連接以借助輸入端子12a、12a’、12b、12b’、12c和12c，(例如，維護(hù)總線、主功率總線和/或PMG總線)從任何可用電源接收功率。輸出端子14c和14c’被連接以從輸入端子12b、12b’以及12c、12c’接收功率(例如，主功率或PMG功率)。第一底板功率總線48和48’被連接到輸出端子14a和14a’。第二底板功率總線50和50’被連接到輸出端子14b和14b’。第三底板功率總線52和52’被連接到輸出端子14c和14c’。結(jié)果，僅當(dāng)維護(hù)總線可用時，第一底板功率總線48和48’是可用的。當(dāng)三個輸入總線(維護(hù)總線、主總線和/或PMG總線)中的任何總線可用時，第二底板功率總線50和50’是可用的。僅當(dāng)主功率總線或PMG總線可用時，第三底板功率總線52和52’是可用的。
[0019]內(nèi)部柜模塊40、42、44和46執(zhí)行各種功能，這些功能中的一些僅在飛行器操作的特定模式期間(例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)在運(yùn)行時等)是需要的。取決于模塊所需的功率的操作可用性,配電柜38將每個模塊連接到底板功率總線中的一個。例如,維護(hù)模塊42支持分配負(fù)載功能，僅在飛行器維護(hù)操作期間需要該分配負(fù)載功能。因此，維護(hù)模塊42被連接到由電源模塊10提供的底板功率總線48以及由電源模塊10’提供的底板功率總線48’。類似地，微處理器模塊40和GCU/DSP模塊46 —起支持配電柜和發(fā)電機(jī)控制功能，在主DC總線供電期間和/或當(dāng)發(fā)動機(jī)在運(yùn)行時，需要操作所述配電柜和發(fā)電機(jī)控制功能。因此，這些模塊被連接到由電源模塊10提供的底板功率總線14c以及由電源模塊10’提供的底板功率總線14c’。分離I/O模塊44支持在全部操作模式期間所需的功能。因此，分離I/O模塊44連接到由電源模塊10提供的底板功率總線14b以及由電源模塊10’提供的底板功率總線14b’。
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的配電柜58的電路圖。在如圖3所示的實(shí)施方式中，配電柜58包括電源模塊60和60’。同樣，電源模塊60’是電源模塊60的冗余。為了這說明目的，僅關(guān)于電源模塊60來描述操作，但是要理解的是，可由冗余的電源模塊60’來執(zhí)行類似操作。
[0021]與關(guān)于圖1和圖2所示的實(shí)施方式相比，電源模塊60 (和冗余電源模塊60’)僅包括輸入端子62a和62b以及輸出端子64a和64b。底板功率總線66從輸出端子64a分配功率，而底板功率總線68從輸出端子64b分配功率。在如圖3所示的實(shí)施方式中，輸出端子64a被連接成僅從連接至輸入端子62a的電源接收功率，并且輸出端子64b被連接成僅從連接至輸入端子62b的電源接收功率。輸入端子62a連接至維護(hù)功率總線，而輸入端子62b被連接至主功率總線，并且沒有輸入端子連接至永磁體發(fā)電機(jī)(PMG)電源。而是，PMG電源70借助外部饋線72 (和72’ )被連接到配電柜58。
[0022]在如圖3所示的實(shí)施方式中，微處理器模塊74和G⑶/DSP模塊78被連接成從底板功率總線68接收功率，而維護(hù)模塊76被連接成從底板功率總線66接收功率。每個模塊包括用于提供冗余底板功率總線的二極管或運(yùn)算的二極管。例如，二極管84a和84b相對于由電源模塊60提供的底板功率總線68以及由電源模塊60’的底板功率總線68’提供二極管OR電路。
[0023]此外，微處理器模塊74和G⑶/DSP模塊78被連接成借助外部饋線72和72’從PMG電源70接收功率。關(guān)于微處理器模塊74，由外部饋線72提供的功率被供應(yīng)給局部地定位在微處理器模塊74上的EMI/0V保護(hù)電路86。EMI/0V保護(hù)電路86的輸出是二極管或運(yùn)算(借助二極管84c)，接收自底板功率總線68和68’的功率用于提供給模塊電源88。由此，微處理器模塊74由主功率總線(分別設(shè)置在電源模塊60和60’的輸入端子62b和62b’處)來供電，或借助由PMG電源70提供的功率來供電。
[0024]類似地，G⑶/DSP模塊78被連接成借助饋線72’來從PMG電源70接收功率。GCT/DSP模塊78包括EMI/0V保護(hù)電路96、模塊電源98、以及二極管90a、90b和90c。由PMG電源70提供的功率被提供給EMI/0V保護(hù)電路86。EMI/0V保護(hù)電路96的輸出是二極管或運(yùn)算，其中，由底板功率總線68和68’借助二極管90a、90b和90c提供的功率用于提供給模塊電源98。
[0025]維護(hù)模塊76被連接成從底板功率總線66和66’而不是從PMG電源70來接收功率。接收自底板功率總線66和66’的功率分別借助二極管94a和94b是或運(yùn)算的，以向模塊電源92提供功率。由此，維護(hù)模塊76被連接成僅從維護(hù)總線接收功率，所述維護(hù)總線分別供應(yīng)功率至電源模塊60和60’的輸入端子62a和62a’。
[0026]配電柜58提供這樣的架構(gòu)，該架構(gòu)與關(guān)于圖2描述的配電柜38的架構(gòu)不同，但是向模塊提供類似功能，所述模塊基于每個模塊的操作功率需求從不同的外部源接收功率。這些實(shí)施方式之間的主要差別在于，PMG電源70被直接連接到一些模塊，而EMI/0V保護(hù)電路和二極管或運(yùn)算局部地設(shè)置在所述模塊處，而不是在柜電源模塊處。
[0027]雖然已經(jīng)參考示例性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，可作出各種變化并且等同物可替代其元件，而不偏離本發(fā)明的范圍。此外，可作出許多修改以使得具體情形或材料適合于本發(fā)明的教導(dǎo)，而不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍。因此，本發(fā)明旨在不局限于所公開的【具體實(shí)施方式】，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的全部實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種被包括在配電柜中的電源模塊，所述電源模塊將功率從一個或多個電源分配至多個內(nèi)部柜模塊，所述電源模塊包括: 多個輸入端子，每個輸入端子被連接到不同的電源，其中，在所述交通工具的操作期間，所述多個電源中的每一個的可用性不同；以及 多個輸出端子，所述輸出端子被連接至所述多個輸入端子中的一個或多個，以提供代表選定電源的組合的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源模塊，其中，第一輸出端子被連接成僅從第一輸入端子接收功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源模塊，其中，第二輸出端子被連接成從第二輸入端子或第三輸入端子接收功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源模塊，其中，第三輸出端子被連接成從第一輸入端子、第二輸入端子或第三輸入端子接收功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源模塊，還包括: 開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器，所述開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器被連接成接收來自第一輸入端子、第二輸入端子或第三輸入端子的功率，并且向第一輸出端子、第二輸出端子和第三輸出端子提供保持功率。
6.—種配電柜,所述配電柜具有多個輸入電源和多個內(nèi)部柜模塊，其中，所述多個電源中的每一個的可用性基于飛行器的操作模式而變化，所述配電柜包括: 電源模塊，所述電源模塊具有多個輸入端子和多個輸出端子，其中，所述多個輸入端子中的每一個均連接到所述多個電源之一，且其中，所述多個輸出端子中的每一個均連接到所述輸入端子中的一個或多個，以從所述多個電源中的一個或多個接收功率； 多個底板功率總線，每個底板總線被連接到所述多個輸出端子中的一個，以分配由所述輸出端子提供的功率；以及 多個內(nèi)部柜模塊，每個模塊被連接成從所述底板功率總線中的一個接收功率，其中，基于在所述飛行器的各種操作模式期間所述模塊的功率需求以及在所述飛行器的各種操作模式期間所述底板總線上的功率可用性，所述多個模塊中的每一個被連接到特定底板總線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的配電柜，其中，第一底板功率總線由所述電源模塊連接至第一輸入端子，以從維護(hù)總線接收功率，所述維護(hù)總線僅在飛行器維護(hù)操作期間被供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配電柜，其中，僅在飛行器維護(hù)操作期間需要功率的具有維護(hù)功能的模塊被連接到第一底板功率總線。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的配電柜，其中，第二底板功率總線由電源模塊連接到第二輸入端子，以從永磁體發(fā)電機(jī)接收功率，所述永磁體發(fā)電機(jī)僅在所述飛行器的發(fā)動機(jī)操作期間供應(yīng)功率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的配電柜，其中，發(fā)電機(jī)控制單元(GCU)模塊被連接到所述第二底板功率總線，所述GCU模塊僅在所述飛行器的發(fā)動機(jī)操作期間需要功率。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的配電柜，其中，所述第二底板功率總線由所述電源模塊進(jìn)一步連接到第三輸入端子，以從主功率總線接收功率。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的配電柜，其中，第三底板功率總線由所述電源模塊連接，以從被連接到所述多個輸入端子的所述多個電源中的任一個接收功率。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的配電柜，還包括外部饋送器，所述外部饋送器將外部電源直接連接到所述多個柜模塊中的一個或多個，而不連接到所述電源模塊。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的配電柜，其中，直接連接到所述外部電源的模塊包括二極管或OR電路，用于將來自所述外部電源的功率與接收自所述柜底板功率總線中的一個的功率相結(jié)合。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的配電柜， 其中，所述多個模塊中的一個或多個被連接到兩個或更多個柜底板功率總線。
【文檔編號】H02B1/20GK103633565SQ201310377850
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月27日
【發(fā)明者】A.D.貝利斯 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司