專利名稱：提供多個安裝在機架內電子模塊的低成本裝置的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種裝置，用于向集束在電氣機架內的多個模塊提供電流。
它尤其適用于、但不局限于在航空器上攜帶的電子設備，此設備上由一個直流電流分布網絡進行供電。但是發現由該網絡提供的直流電壓非常地不穩定，這容易在需要通過該電壓進行供電的電子設備上引起誤差。
造成這種紊亂的原因首先是向此網絡供電的能源不是唯一的。實際上，當航空器的發動機停止時，該網絡是用電池供電的，但是當發動機運行時，該網絡是用耦合到該發動機上的發電機進行供電。而且，飛行中的航空器容易受到強電磁的干擾，尤其是閃電，在電網中可能引起大量的過壓或供電不足。
同樣，網絡中負載和被供電的設備的消耗的變化以及發電機的瞬態調整，都會在電壓上引起大量的瞬態變化。這樣，對于正常的28V的電壓可能有12至48V的變化。而且，由閃電引起的過壓可能會更大。
因此，對于所攜帶的每一項設備，有必要提供一種電壓調節裝置，能夠消除或處理這種電壓變化。
而且，在航空器上攜帶的設備正向更加模塊化和集成化的包括機架或艙的結構方向發展，在該機架或艙上集束有多個模塊，而且模塊所需要的電源在各模塊間彼此不一樣。
因此每一個模塊都配置有包括所有必需的直流電壓轉換和調節裝置的電源設備。目前，能進行這種電壓調節的組件一般體積相當大而且昂貴。當用于多個模塊時，該方案很昂貴而且會導致每一個模塊的尺寸極大地增加，而且由于該模塊必須消除大的電壓變化以致其可靠性降低。
本發明目標就是克服這些缺陷。為此，提出一種電源設備，根據表現出寬的電壓變化范圍，用于向多個用戶電子模塊提供直流電，這種設備包括電壓調節裝置和電壓轉換裝置。
根據本發明，該裝置的特征在于包括一個初級電源模塊，該模塊包括一個能步進提高和步進降低該電壓的電壓預調裝置，以向模塊提供一個表現出很小電壓波動范圍的預調電壓，并且對于每一個模塊，電壓轉換裝置提供適于該模塊的電壓。
利用這種配置，昂貴的、體積大的電源調節組件被集束在一個單一模塊中而集成進每一個模塊中的轉換器不貴且很緊湊，它們僅需要處理很小電壓的變化。
這樣，例如，當需要調節的電壓圍繞著28V在12～48V間變化時，根據本發明的初級電源模塊有可能獲得輸出形式的預調電壓，該電壓至多在18至32V間變化，而這種變化范圍對于市場上的廉價直流電壓轉換器來說是可以接受的。
而且，用來從該初級電源模塊向每一個用戶模塊進行供電的導線只包括兩根電線，每一個模塊對于它所需要的電壓的產生都保持獨立。這樣，就避免了提供特定導線以在通用電源模塊和用戶模塊之間轉換每一個必要電壓的要求。
該方案由此可簡化導線并因此大地降低了成本。
優先地，對于每一個模塊的電壓轉換裝置包括電流分離裝置，該分離裝置能遏止在預調電流分布線上初級電源模塊和用戶模塊之間可能發生的擾動。
根據本發明的另一個特點，每個用戶模塊通過一條相應線由初級電源模塊供電，該電源模塊在每一個電源線的端部包括一個防止短路的自動斷電裝置。
這種配置可獲得很高的安全性，通過一根獨立的線進行供電、且能有選擇地被初級電源模塊進行加電的每一個模塊都應有相對于該電源線的模塊的短路。
下面通過非限制性示例，參照附圖來描述按照本發明的該裝置的一個實施例，其中，

圖1示意性地說明在航空器上攜帶的一個電子設備，該設備把幾個用戶模塊和一個按照本發明的初級電源模塊集束在一起；圖2表示按照本發明的初級電源模塊；圖3表示按照本發明的一個次級電源模塊，每個用戶模塊都設置有一個該電源模塊；圖1表示的電子設備采用機架或擱板的形式，借助于稱為“底板”的鏈接8，把多個模塊2～5包括根據本發明的初級電源模塊5插入該機架或擱板，于是把能將主電壓預調到由一般電源向此航空器提供的28V電壓的功能集成在一起。
一般地，一個航空器至少包括兩個直流電流分布網，即一個主網和一個備份網。該初級電源模塊如圖所示地連接到這兩個網絡。
更準確地說，該初級電源模塊5滿足過壓限制的功能，以及削弱由于閃電或補償電壓迅速下降所造成的瞬態電壓的功能，以便把預先調到28V的電壓送到其它模塊2至4。實際上，由航空器上的一般電源所提供的電壓常有很大的變化，從12V至48，這種變化有時要比瞬態時的變化大得多。
初級電源模塊5在一塊單個電子卡上集成了一套相對體積大且昂貴的組件，以便為幾個模塊提供具有小的變化范圍的預調電壓，如從18V到32V，然后由集成進每一個模塊的廉價電壓轉換器6進行適配，并能提供它們所需的各種電壓。
在圖2中，對于每一個航空器的作為輸入的28V電源線，初級電源模塊5包括
-削弱裝置11、12，包括并行地連接在相應的電源線和地之間的齊納二極管和/或類似變阻器這樣的設備，該削弱裝置可以削除例如由閃電引起的大于80V的脈沖，-連接到削弱裝置11、12的輸出端的低通濾波器電路13、14，-自動切換裝置27、28，用于根據施加到輸入端的電壓的有無提供或不提供該電路的余項(remainder)，這些裝置以這樣一種方式進行配置，即，如果航空器中的兩個電源網絡9、10都是可用時優先選擇其中的一個，以及-電壓預調電路15、16，用于削弱電壓和限制由濾波器電路13、14輸出的電流。
初級電源模塊5還包括一個連接到兩電壓預調電路15、16的電壓步進提高/調節器電路17，以便當輸入電壓降到最小12V時把28V的電壓加到該電路的余項幾十秒，如30秒，還包括一個連接到電壓步進提高電路17的輸出端的分流電路18。該分流電路18包括一個能量存儲器20，該存儲器20例如包括一些存儲電容和一套電子斷路器21～23，這些斷路器分別向機架1的其它模塊2至4提供預調的28V直流電壓。
應注意，能量存儲器20位于電壓步進提高/調節器電路17的輸出端，因此該電路17可以提供一個步進提高的并且是恒定的電壓。由于電容充電與施加到它兩端的電壓成比例，因此在能量存儲器20中存儲的能量幾乎保持恒定并且很高，而不管由該網絡提供的電壓值大小如何。
利用這種配置，初級電源模塊5通過保持向模塊2至4供電可以彌補斷路幾十毫秒(如20～200ms)。
斷路器21～23設計成這樣當下游短路時自動打開，而當有電壓時又自動重關閉。因此可以獨立地確保初級電源模塊5免于短路，這種短路可能發生于模塊2～4，也可能發生在模塊和斷路器的連接之間，因此保證了在模塊中發生短路的情況下電源的可用和失效不能傳播。
預調電路15、16中每一個都包括一個截斷二極管，防止在電路供電中斷期的情況下電容20向網絡9、10放電。
而且，模塊5還包括兩個分別并行連接在濾波器13、14的輸出端和電壓步進提高電路17的輸出端的網絡供電中斷期檢測裝置25、26。當網絡供電中斷期的周期超過能量存儲器20的儲存(cover)時間時，網絡供電中斷期檢測裝置25、26借助于信號25a和26a指示模塊2至4在幾毫秒(2～20ms)的短間隔內電源將完全消耗掉。信號25a和26a將觸發一個處理，由此特別是由模塊2至4計算的某些關鍵飛行參數利用電池或電容器備份被存儲進存儲器中。存儲器寫時間是2至20ms的數量級，而這些參數的存儲時間一般在200ms和5s之間。
電子斷路器21至23也可以依據該網絡的損耗并且當不需要向模塊2至4中一個或多個提供備份網絡時，借助于從主網9探測器25發出的信號19而打開，以避免在其上有太多的負載。
模塊5還包括一個非易失性維護存儲器24，例如FROM型，用來存儲所有的事件以易于進行模塊的維護，例如斷路器21～23和引起切換裝置27、28的狀態的改變的網絡斷路器的打開。存儲器24的內容由具有寫和讀訪問的用戶模塊2～4進行更新以便校驗每一次的寫操作。該存儲器也可以被供電中斷期檢測器25、26、斷路器21～23和切換裝置27、28更新，它們都具有一個二進制輸出，分別給出該切換裝置或斷路器的狀態。
初級電源模塊5向設備1的其它模塊2、4提供一個預調電壓，該電壓可被其它模塊通過集成的次級電源塊6進行調整，該電源塊6具有更簡單的、體積更小的結構，以及當該航空器的每一個網絡所提供的電壓必須適配于每一個模塊的需要時，其具有更低的成本。
這樣，在圖3中，每一個次級電源塊6包括一個接收28V的預調電壓的輸入濾波器31，它可以消除在斷路器21～23和電源塊6之間的連接線上出現的高頻。輸入濾波器31的輸出連接到一個直流電壓轉換器32，該轉換器包括一個由脈沖變壓器以電流方式分離的一個主級塊和一個次級塊。針對該模塊的電源因此以電流的方式與初級電源模塊5分離。轉換器32例如是0V切換的“回掃”斬波器型。次級塊使得能提供模塊所需的各種電壓V1、V2、V3，例如5V和+/-15V，這些電壓已由輸出濾波器33、34進行預濾波，以便消除由斬波器型轉換器32所引入的任何高頻。
而且，轉換器32是由包括用于接收控制信號的初級電路35和次級電路36的控制電路進行隨動控制的，這兩個電路35、36彼此分離，提供監視信號，是由一個脈沖變壓器37以電流方式進行分離的。次級控制電路36測量濾波器33、34的輸出端的一個電壓，如電壓V1，以便生成一個要傳送到初級電路35的控制信號。初級電路35根據最大預設的輸出能量把該信號轉換成要施加到斬波轉換器32的切換晶體管的第二控制信號。通過利用由轉換器32的變壓器產生的磁耦合以及后一電路的對稱性可進行其它輸出電壓V2、V3調節。這一轉換器并不要求在其輸出端的任何最小負載。
權利要求
1.一種電源裝置，根據表現出寬的電壓變化范圍的擾動直流電壓，用于向多個用戶電子模塊(2～4)提供直流電，這種設備包括電壓調節裝置和電壓轉換裝置，其特征在于它包括--初級電源模塊(5)，用于向模塊(2～4)提供一個表現出很小電壓波動范圍的預調電壓，包括用于削除高電壓脈沖的削弱裝置(11、12)；用于消除高頻的濾波器裝置(13、14)；用于削弱和限制過壓的預調裝置(15、16)以及一個電壓步進提高裝置(17)，以及--對于每一個模塊，提供適應于該模塊需要的電壓的電壓轉換裝置(6)。
2.按照權利要求1的裝置，其特征在于初級電源模塊(5)包括一個電子斷路器(21～23)，用于保護所供電的模塊(2～4)以防短路，該斷路器連接到要供電的用戶模塊的轉換裝置(6)，以便向其提供預調電壓。
3.按照前述任一權利要求的裝置，其特征在于初級電源模塊(5)包括一個放置在電壓步進提高裝置(17)的輸出端的電容型的能量存儲器(20)并且緩合短期間的電壓下降。
4.按照權利要求2的裝置，其特征在于電子斷路器(21～23)被設計成在下游短路時自動打開和當有電壓時自動重新再關閉。
5.按照權利要求3的裝置，其特征在于耦合到電壓步進提高裝置(17)的能量存儲器(20)使得能彌補短期間的斷路，而該用戶模塊(2～4)包括一個低功率但長周期的能量存儲器。
6.按照前述任一權利要求的裝置，其特征在于電源模塊(5)被連接到兩個電源網絡(9，10)且包括--分別連接到此兩個網絡的兩個削弱裝置(11、12)，--分別連接到此兩個網絡的兩個濾波器電路(13、14)，--分別連接在兩個濾波器電路(13、14)的輸出端的兩個自動切換裝置(27、28)，--分別連接到兩個切換裝置(27、28)的兩個預調電路(15、16)，--連接到兩個預調電路(15、16)的一個電壓步進提高/調節器裝置(17)，以及--一個分布式電路18，包括分別連接到用戶模塊(2～4)的直流電壓轉換器(6)的能量存儲器和一組電子斷路器(21～23)。
7.按照前述任一權利要求的裝置，其特征在于用戶模塊(2～4)的電壓轉換裝置(6)包括提供一個或多個直流電壓(V1～V3)的斬波直流電壓轉換器(32)。
8.按照前述任一權利要求的裝置，其特征在于在轉換裝置(6)的輸出端的直流電壓通過一隨動電路(35、36、37)進行隨動控制，該隨動電路包括以電流方式分離的初級塊(35)和次級塊(36)。
9.按照前述任一權利要求的裝置，其特征在于用戶模塊(2～4)的轉換裝置(6)包括將每一個模塊與其電源線進行分離的電流分離裝置。
10.按照前述任一權利要求的裝置，其特征在于初級電源模塊(5)包括一個非易失性存儲器(24)，在該存儲器中存儲所有能使該模塊的維護可靠、容易的事件。
11.按照權利要求10的裝置，其特征在于存儲器由用戶模塊(2～4)以讀方式和寫方式進行控制，并且可由檢測器(25、26)、斷路器(21～13)和切換裝置(27、28)以只寫方式進行控制。
全文摘要
根據表現出寬的電壓變化范圍的擾動直流電壓,用于向多個用戶電子模塊(2～4)提供直流電,根據本發明的電源裝置包括一個初級電源模塊(5),該電源模塊包括能步進提高和步進降低直流電壓以向模塊(2～4)提供表現出小的電壓擾動范圍的預調電壓的電壓預調裝置,以及對于每一個模塊,提供適應于該模塊需要的電壓的電壓轉換裝置(6)。
文檔編號H02J1/02GK1248351SQ9880280
公開日2000年3月22日 申請日期1998年2月20日 優先權日1997年2月25日
發明者貝爾納·貝杜埃, 多米尼克·盧瓦斯, 帕特里克·薩迪耶 申請人:塞克斯丹航空電子公司