用于低频交流插座的电力配送系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的主题总体上涉及电力配送系统，并且更特别地涉及高频交流电到低频交流电的集中式转换。
【背景技术】
[0002]在多个负载之间的电力分配存在特定的挑战。在有限量的可用电力而硬件的复杂性和重复性有缺陷的环境下尤其如此。
[0003]例如，在商用飞机上，具有特定特性的电力应同时供给众多用户电力插座来为诸如笔记本电脑或蜂窝式电话的个人电子设备供电使用。之前的飞机电力配送系统典型地包括从首端设备(诸如电力管理系统或电路断路器)通过侧壁断开面板到第一座位组的原始飞机电力的分配。电力随后通过座位到座位的布线从第一座位组配送到附加座位组，座位到座位的布线携带安装在座位的电力转换单元所需的电力，电力转换单元相应地以家用电压和频率提供电力至乘客接口。通过该座位到座位分配网络携带的电力往往是115伏交流电(VAC)、或者固定频率(400赫兹)或者可变频率(360-800赫兹)的三相电力。座位电源转换器是将该电力转换为IlOV交流60Hz的或其他的电压来给乘客的电子设备供电所必需的。
[0004]该类型的系统要求适合用于飞机平台使用的座位电源转换器，并且因此它们优选地具有特定的功能和特点，诸如电力因数校正、低电磁干扰(EMI)特性、低电流谐波以及低负载需求变化。因此，座位的电源转换器通常包含复杂电路，诸如能量储存和过滤设备，以充分满足这些要求。除了复杂电路中固有的缺点，在乘客座位本地，处理电力的转换时产生不希望的热量。
[0005]通常，各种电力管理功能与电力配送一起实现。此前已公开了特定负载分配和管理系统(LDMS)。Jouper等人的标题为“负载分配和管理系统(Load Distribut1n andManagement System) ”的美国专利号N0.5754445涉及这样的系统。Jouper等人的标题为“负载分配和管理系统(Load Distribut1n and Management System) ”的美国专利N0.6046513、Jouper的标题为“通过利用相位旋转信令进行系统控制(System control byuse ofphase rotat1n signaling) ”的美国专利 N0.8295065 以及 Jouper 的题为“通过利用相位旋转信令进行系统控制(System control by use of phase rotat1n signaling) ”的美国专利申请N0.2012/0139341各自均涉及LDMS。
【发明内容】
[0006]本公开的主题是克服或至少减少上述的一个或多个问题的影响。
[0007]公开了一种用于将电力配送至多个负载的系统。在一个实施例中，电源供应高频输入电力至频率转换单元(FCU)，其被配置为将高频输入电力转换为低频的转换的电力。转换的电力通过乘客电子设备控制器(PEDCNT)被配送给各个插座单元，乘客电子设备控制器中的每一个与多个插座相关联。
[0008]公开的主题的一个目的是集中电力转换处理并高效地配送由乘客电子设备所需的本地电力，而不需要与座位单元直接关联的转换电路。
[0009]本公开的主题提供了几个优点。例如在乘客交通工具中，将60Hz的电力配送到乘客座位，具有消除在座位本地处理电力从而将电力提供给终端用户设备的需要的优点。可以在座椅接口处的电力损耗很小的情况下来实现对流向插座单元的电力的控制以及诸如接地故障中断器和断路器的功能的安全功能。每个座位设备不必须满足飞机的所有的电力要求，因为它不直接附接到飞机电力总线。此外，在特定基于飞机的实施例中，尤其因为110VAC电力在许多方面与115VAC电力非常相似，所以低频电力而不是高频电力的配送可能不需要关于导线尺寸和运行长度不同的电力基础设施，。
[0010]目前公开的主题的一个优点是，座位电力单元及其附加硬件的尺寸和重量被减小。重量减少对飞机的运营商可能是特别有利的，因为即使小的重量节省也可以增加飞机的性能、降低初始投资和维护成本，并在飞机的运行寿命期间显著节省成本，特别是降低燃料消耗。
【附图说明】
[0011]根据以下结合附图参照具体实施例的详细描述，之前的概要、优选实施例以及本公开的其他方面被更好地理解，其中:
[0012]图1是包含在商用飞机内的实施例的示意图。
[0013]图2是一个实施例的集中频率转换器单元的示意图。
[0014]图3是一个实施例的乘客电子设备控制器的示意图。
[0015]各个附图中相同的数字和附图标记表示相同的元件。
【具体实施方式】
[0016]图1是一个实施例的示意图。飞机电力配送和管理系统101具有电源102，其提供高频输入电力至FCU 103。在实施例中，电源102是由飞机发动机驱动的发电机。FCU103将高频输入电力转换成低频转换电力。PEDCNT 104接收来自FCU 103的电力，并使其配送至插座单元105。在实施例中，插座单元105是位于飞机的乘客座位的用户电力插座。PEDCNT可选择地通过插座组件将电力配送至电力插座单元，其可以例如包括用于接通或断开插座单元的电源开关装置。
[0017]在图1描述的实施例中，两个独立的区域被控制，每个区域都具有与一个或多个PEDCNT 一起运行的K:U。在本实施例中，PEDCNT 104被描述为串联连接到TOU 103，但是并联连接也可以被实现。本发明所属领域的技术人员应当理解，所描述的FCU和PEDCNT可以采用任何合适的数量或配置。
[0018]如本公开中所使用的高频电力指的是频率为360到800Hz (包含360、800Hz)的电流。如本申请中所使用的低频电力指的是频率为50到60Hz (包含50、60Hz)的电流。
[0019]具体而言，高频输入电力可以是115V交流400Hz的三相电力、115V交流360-380HZ的三相电力、230V交流400Hz三相电力或者230V交流360_380Hz的三相电力，并且低频的转换的电力可以是I1v交流60Hz的三相电力。
[0020]一些实施例除电力配送功能外还可以执行电力管理功能。例如，在附加电力不可用时，FCU可被配置为禁用未使用的插座单元，从而使得额外负载不会加到电力系统，同时仍然允许那些已经汲取电力的插座单元继续使用。因此，对采用该实施例的交通工具的乘客的中断会减少，而负载管理仍有效地被完成。
[0021]除了电力是否可用的状态外，特定实施例的一些PEDCNT还可以利用额外的输入来确定是否禁用未使用的插座单元。因此可以响应于其中实施例可操作的动态环境而实现电力管理。例如，在飞机的减压情况下，PEDCNT可以禁用未使用的插座，从而为更关键的飞机系统节省了电力。
[0022]图2是实施例的F⑶201的示意图。高频输入电力沿输入电力线202被接收并被馈送到EMI滤波器203，在那里进行电磁过滤。来自内部电路的开关噪声被抑制并过滤，以阻止它回输至输入电力线202。F⑶中央处理单元(CPU) 204监视输入电力以确定它是否在额定电压和频率范围内(典型地为102-122V交流和360-380HZ)。当输入电压在允许范围内时，继电器205关闭，以允许电力流向三相功率因数校正(PFC)单元206。PFC单元206校正电流谐波和功率因数，以满足飞机平台的要求。在实施例中，PFC单元206具有PFC子单元207，PFC子单元207中的每一个向高电压轨Hi Rail直流单元208贡献350伏电势的电流。该中间电压被用于存储能量以用于功率损失的短时间段，典型地在1-200毫秒的范围。该中间电压被馈送到电流逆变单元209，它包括60Hz交流逆变器210和逆变CPU 211。反相CPU 211提供60Hz的脉冲宽度调制信号，使反相单元209输出IlOV交流的三相电力。输出控制单元212具有输出继电器213和输出CPU 214。输出CPU 214监视并控制通过输出控制单元212流动的电力。具体地，输出CPU 214监视用于三相60Hz输出电力的每一相的电力。在每个电力线215、216和217上输出电力的一相。接口和主机处理器218被配置为向输出CPU214提供ON或OFF信号。辅助电源219和辅助滞留(hold up) 220为FCU 201的内部电路提供工作电压。本发明所属领域的技术人员可以理解，各种电子部件和电路设计适于在F⑶单元内工作。
[0023]接口与主机处理器218解释来自其它交通工具系统的信号。在飞机上，关于减压、轮子上的重量、电力可用性以及系统开/关状态的信息允许FCU 201在各个飞行阶段期间的必要时控制系统。
[0024]在实施例中，输出CPU 214监视F⑶201的输出，并且当消耗的电力等于预编程系统最大值时，向反相CPU 211发信号以改变相位旋转，例如电力线215、216和217上的相A、
B、C变为电力线215、216和217上的相A、C、B。因此，三相电力仍从F⑶201输出，然而，相位旋转改变信号告知PEDCNT下游额外电力不可用，并且限制使用随后未使用的插座组件。
[0025]图3是一个包括PEDCNT 301的实施例的一部分的示意图，其操作以控制插座组件302、303和304。三相60Hz电力由TOU馈送至三相EMI滤波器305，其消除或抑制不希望的电磁噪声。作为结果的电力馈送到三相接地故障中断器(GFI)单元306和相位旋转检测单元307。当电