一种航空直流配电单元的研究与设计

2019-07-23马思源

通信电源技术 2019年6期

关键词：过流接触器直流

汪宇，龙根，马思源

（中国船舶重工集团公司第七二二研究所，湖北武汉 430079）

0 引言

飞机供电系统包括电源系统和供配电系统两部分。其中，电源系统由主电源、二次电源、应急电源和辅助电源组成，通过整流、逆变等变流方式，为机上用电设备提供不同类型的交直流电源[1]。

本项目中，每台飞机发动机配套一台发电机供机上用电设备使用，两台发电机提供独立通道的供电线路供载机任务系统使用，发电机输出的2路115 V/400 Hz交流电通过整流方式变为2路270 V直流电，供3路直流负载使用。

直流配电单元的主要功能是实现2路整流单元输出270 V直流的接入，并向3路用电设备供电，具备过压过欠压保护、过流保护等保护功能。根据需要合理分配高压直流电能，实现电源与负载间的切换，提高供电可靠性。

1 系统总体架构及主要功能模块设计

高压直流配电单元主要由控制电源模块、主电路模块、采样模块及主控模块等4部分组成，原理如图1所示。

图1 高压直流配电单元总体架构图

控制电源模块将来自平台上的DC 28 V电源通过滤波电路、防反向隔离、欠压浪涌电路以及过压浪涌电路等电路处理后，再经过电源模块转化成3.3 V电源、5 V电源和±15 V电源供控制电路使用。

主电路模块主要实现DC 270 V电能分配，其中并网单元的主要功能是负载切换和2路直流电源并网运行。正常工作模式下，接触器1给SSPC1和SSPC2供电，接触器2给SSPC3供电，并网单元主开关处于分位。当其中任一路供电回路故障，故障回路接触器分闸，并网单元主开关合闸，实现负载切换。接触器1、接触器2和并网单元主开关同时合闸，2路直流电源并网运行。并网运行的优点是增大供电容量，减小输出电压波动。

智能接触器SSPC在接触器的触点端，增加了灭弧电路。功率开关闭合、断开的瞬间，通过时序电路对固态开关进行通、断控制，防止功率开关闭合、断开瞬间产生电弧，从而有效减少电弧对电路造成干扰，延长触点的使用寿命，同时有效避免传统灭弧电路的漏电现象，提高继电器/接触器的安全性和可靠性。SSPC原理如图2所示。

图2 智能接触器SSPC原理图

智能接触器SSPC控制部分主要接收来自BPCU的控制信号，并根据接收到的信号驱动隔离驱动模块，实现对接触器线圈的供电。同时，对线路电流进行实时采样，根据采集的线路流值控制接触器的导通/断开，从而实现对线路的过流保护。

采样模块主要为将需要采集的电压经分压后通过隔离采集芯片进行采集，然后通过微处理器和AD芯片进行处理。本次设计采集利用精密仪表放大器放大差分信号，其独特的结构使其具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移增益及设置灵活等特点[2]。电流采集采用高精度互感器进行，使用调理电路调理互感器的信号，然后通过微处理器和AD芯片进行处理，电路如图3、图4所示。

主控单元具有接收并显示直流配电单元的电源参数、负载状态及自检等信息，同时具有交流接触器控制、交流电参数采集、本地/远程切换、以太网接口以及总线通信的功能。

2 软件设计

本项目的系统软件在满足功能性的同时，更要保证其可靠性。满足可靠性的软件设计包括：使用看门狗技术，使程序跑飞后能够复位；复位后进行断点恢复，使相关状态及控制输出恢复到复位前的状态；对总线设置命令的参数内容进行合理性检查，拒绝接收不合理参数；要求对IO口电平检测进行有效性确认，防止抖动干扰等。软件结构如图5所示。

图3 电压采样电路图

图4 电流采样电路图

软件结构图描述的组件，实为一系列软件单元的集合。图5中涉及的组件有：GP_RawProcess，初级处理组件，主要功能包括电流的AD数据采集、短路检测和任务管理；GP_AdvProcess，高级处理组件，主要功能包括电流计算和过流检测算法；GP_Status，工作状态组件，主要功能包括状态更新、异常判断、错误状态的判断和纠正、异常复位后的状态恢复；GP_eCAN，CAN接口组件，主要功能包括CAN接口初始化和CAN发送；GP_EEPROM，EEPROM组件，主要功能包括EEPROM擦除写入和EEPROM数据读取。