尤其用在航空器中的用于控制至少一个开关装置的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明的技术领域涉及配电系统的控制领域，尤其涉及这种配电系统的安全控制 领域。
[0002] 本发明涉及用于控制和保护电力电子器件的集中式架构的使用，所述电力电子器 件的功能为用来静态或动态地转换电能。
【背景技术】
[0003] 使用基于半导体的组件的静态配电功能（器件）被称为固态功率控制器（SSPC)。 这些功能（器件）在SSPC通道和SSPC板之间分配。
[0004] SSPC通道被用于，根据来自连接到航空器电子设备的控制装置的逻辑信号，将电 能分配给航空器负载。SSPC通道还被用于保护将电能传输到航空器负载的线路。"航空器负 载"的表述可被理解为电力设备的、消耗接收到的功率的部件。由于传输的中功率（medium power)，SSPC板根据对配电线路的保护对SSPC通道进行补充，且通常被并入到二次配电系 统。
[0005] 另外，由于每条供电线路传输的中功率，多个SSPC通道可被聚集在一起并由一个 SSPC板控制。
[0006] 每个SSPC通道首先包括开关装置，该开关装置接通或断开电源和负载之间的连 接。开关装置包括一个或多个基于半导体的开关或晶体管，特别是JFET(结型场效应晶体 管，M0SFET(金属氧化物场效应晶体管），IGBT(绝缘栅双极晶体管），双极晶体管或晶体闸 流管等。这些半导体器件的制造工艺可以是特定于所使用的材料，这些材料具体可以为硅 (Si)，碳化硅（SiC)或氮化镓（GaN)。为了允许故障（特别是过流、短路或电弧出现）被检 测，开关装置与一个或多个传感器关联，特别是与电流传感器和电压传感器关联，上述故障 是与标称为运行（operating)的情况相对。
[0007] SSPC板动态地控制和配置SSPC通道的多个方面，特别是通道的额定电流（参见线 路在正常运行中的电流）、各个内置保护功能的激活或非激活，以及场归零的能力，其中，归 零指示了由于出现故障，SSPC通道已被控制打开。出于这些原因，且由于管理SSPC板运行 状况的某些保护规则的复杂性，后者经常被微控制器控制。在用户的选择下，微控制器可以 相对于其电子器件的电气接地被参照（reference)，即对于电源总线的电平，微控制器因此 必须与SSPC板的低电平功能（器件）隔离。在这种情况下，架构被称为隔离。如果不是， 则微控制器可关于SSPC板的低电平功能（器件）的电气接地被参照。这种情况下架构被 称为非隔呙。
[0008] SSPC板包括被称为低电平功能（器件）的主功能（器件），它们的一些示例在以 下列出。
[0009] -般的供电功能允许电能被供应到板的电子功能（器件）以及允许管理的透明时 间。
[0010] 与外部通信的功能通过用于与离散信号连接的块（block)(允许SSPC通道被控 制、引脚编程被实施和信息被返回）和通信网关被执行，通信网关允许通过数字数据总线 将信息，如控制、监测和BITE(内置测试设备）信息，与SSPC通道进行交换。
[0011] 测量功能允许SSPC通道中流动的电流，以及开关装置的电压和温度被确定。
[0012] 用于限制泄漏电流的功能允许补偿开关装置的泄漏电流。
[0013] 同样地，以下是由每个SSPC通道实施的主功能：
[0014] 一一低电压电源，用于产生以下功能（器件）的供应电压：
[0015] --控制SSPC的电子器件；
[0016] 一一用于快速短路检测的电子器件；
[0017] --用于钳位（clamp)短路故障的电子器件；以及
[0018] 一一电压和电流测量功能（器件）。
[0019] 管理SSPC通道的保护的微控制器，可被连接到通信网关或直接耦合到航空器通 信总线。出于实用性原因，SSPC通道通常连接到至少两个控制装置。如图1所示，所采用 的架构，不管是隔离的还是非隔离的，通常每个SSPC通道使用一个微控制器。
[0020] 图1示出了各种可能的电隔离（isolation)(装置）。第一隔离装置（3, 3b，3n)可 在通信网关和微控制器（l，lb，ln)之间。第二隔离装置（5,5b，5n)可在微控制器和SSPC 通道（2,2b，2n)之间。在隔离架构的情况下，实施第一隔离（3,3比311)，而不实施第二隔离 (5,5b，5n)。在非隔离架构的情况下，使用第二隔离装置（5, 5b，5n)，而不使用第一隔离（3， 3b,3n)〇
[0021] 图2和3示出用于SSPC通道的控制/保护的隔离架构和非隔离架构。
[0022] 图2示出了设置在微控制器1上游的电隔离3,微控制器1的输出直接连接到用于 控制的各种装置（6,7,8)和用于监测SSPC通道的装置9,特别是开关装置5。内部功率通 过直流/直流（DC/DC)转换器10传输，实现将隔离区域12与非隔离区域13分离的电隔离 11〇
[0023] 图3示出了设置在微控制器1下游的电隔离（装置）4,电隔离装置4在到用于控 制的各种装置（6, 7,8)和监测SSPC通道的装置9的连接之前，特别是在到开关装置5的连 接之前。但是，测量装置9b将微控制器1直接连接到由开关装置5控制的配电线路。
[0024] 内部功率通过DC/DC转换器10传输，实现了将隔离区域12与非隔离区域13分离 的电隔离（装置）11。
[0025] 如图1所示的架构具有多个缺点。
[0026] SSPC通道的数量越多，则被保护功能器件占用的区域越大，一个SSPC通道对应一 个专用于线路保护的微控制器的使用。这种组件的倍增伴随有成本、耗散功率、和实际占地 区域的增加，以致不利于这些特有（very)SSPC通道的功率部分的可用有效区域。
[0027] 此外，SSPC通道的数量越多，SSPC板的故障前平均时间（MTBF)越短，微控制器和 它的外围设备作为电路板的MTBF价值的实质贡献者。
[0028] 另一缺点为存在这样的需要：除了那些确保线路保护的微控制器之外，还需要使 用专用于通信功能的额外微控制器。这些额外的微控制器的存在伴随有与SSPC通道交换 的信号数量的增加，因此增加了路由的复杂性。另一种替代选择在于将SSPC通道的微控制 器直接耦合到总线。
[0029] SSPC通道的数量越多，则被保护功能器件占用的区域越大，一个SSPC通道对应一 个专用于线路保护的微控制器的使用。这种组件的倍增伴随有成本、耗散功率、和实际占地 区域的增加，以致不利于这些特有（very)SSPC通道的功率部分的可用有效区域。
[0030] 此外，SSPC通道的数量越多，SSPC板的故障前平均时间（MTBF)越短，微控制器和 它的外围设备作为电路板的MTBF价值的实质贡献者。
[0031] 另一缺点为存在这样的需要：除了那些确保线路保护的微控制器之外，还需要使 用专用于通信功能的额外微控制器。这些额外的微控制器的存在伴随有与SSPC通道交换 的信号数量的增加，因此增加了路由的复杂性。另一种替代选择在于将SSPC通道的微控制 器直接耦合到总线。
[0032] 遗憾地是，每条总线的参与者的数量增加，会增加数据总线的饱和风险和增加总 线上的损耗率。
[0033] 增加微处理器的数量也会使与SSPC板的通信网关的通信管理复杂。具体地，连续 处理从通信网关到管理SSPC通道保护的微控制器的控制指令的传输是不可能的，除非在 SSPC版的反应性上设置约束。
[0034] 在三相构造中，有必要三个微控制器与给定的要连接的三相组关联；具体地，当SSPC线路的一个线路上出现故障时，通常的规范要求为所有的三个线路断开。这种要求是 指，在多个微控制器被使用的情况下，要么微控制器必须彼此通信，要么微控制器必须与公 共网关通信。
[0035] 需要一种用于控制开关装置的系统和方法，以相对于现有技术，用较少数量的组 件实现安全和有效的控制。
【发明内容】
[0036] 本发明的主题是尤其用在航空器中的系统，所述系统用于控制至少一个开关装置 以及控制用于测量供电通道状态的装置，所述开关装置能够接通或断开至少一个电源和至 少一个被供电装置之间的连接。所述系统包括：至少两个微控制器，每个微控制器能够发出 用于供电通道的每个开关装置的指令，所述微控制器连接到所述用于测量供电通道状态的 装置的至少一个部分；以及用于确定待传输指令的装置，所述确定待传输指令的装置能够 由从每个微控制器发出且用于所述开关装置的指令，确定待传输到每个开关装置的指令。
[0037] 所述用于确定待传输指令的装置可包括三个输入，所述三个输入携带来自三个微 控制器的指令信号；携带第一微控制器