一种双余度航空电源及其供电方式的制作方法

专利名称：一种双余度航空电源及其供电方式的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双余度航空电源及其供电方式，属于航空航天电源领域。
背景技术：
航空电源系统是整个航空设备的关键系统之一，它担负着为其他分系统提供有效载荷供电的重要任务。电源系统供电质量的优劣直接影响航空设备整体的工作状态，而且随着现代科学和航空技术的飞速发展，各种电子设备日益增多，用电量不断增加，航空电源系统的结构和控制越来越复杂。因此设计一个具有高可靠性的航空电源系统是非常有必要的。目前，航空电源通常采用分散式供电方法，即每一个用电设备分别配带一块电池进行供电，这种方法就造成了为保证正常运行，需搭载更大容量的电池来为负载供电，这无形给航空设备载荷造成了负担，而且分散式供电方法也不具有电源管理系统，无法对各负载用电情况进行监测、管理，使整个电源处于工作在一种模糊状态中。针对这种方式造成的不足，专门研制了双余度航空电源及其供电方式，其采用集中供电方法对各个用电设备进行供电，而且配有电源管理系统，可根据电池的电量来对各个负载用电进行控制，保证安全飞行。航空电源常采用分散式供电方法，而且电池电压到负载电压的转换电路也采用单电路转换，没有备份电路，这将造成若转换电路出现问题，整个设备也将无法正常工作，甚至是毁坏，因此，为保证安全运行研制双余度航空电源，很大程度上提高了航空电源的可靠性。

发明内容
本发明主要针对航空电源分散式供电方式以及单电源供电存在的问题，克服其不足之处，从提高航空电源可靠性及功率密度的角度出发，研制一种双余度航空电源及其供电方式。为实现上述目的，本发明提供的一种双余度航空电源，其特征在于包括2块电池组即电池组A、电池组B，4个开关电路即开关电路Sp S2、S3、S4, 2个直接开关电源即第一直流开关电源、第二直流开关电源，2个检测电路即第一检测电路、第二检测电路，1个控制电路；其中，电池A、B的正极分别与第一检测电路的两个输入端相连，第一检测电路的输出在与控制电路相连，电池A、B的正极再分别与开关电路S” &的输入端相接，开关电路 S1^S2的控制端分别与控制电路相连，开关电路S1A2的输出端相连，开关电路S1A2的输出端再分别与第一直流开关电源、第二直流开关电源的输入端相连，第一直流开关电源、第二直流开关电源的输出端与第二检测电路的输入端相连，第二检测电路的输出在与控制电路的相连，第一直流开关电源、第二直流开关电源的输出端相连，第一直流开关电源、第二直流开关电源的输出端再分别与开关电路&、、的输入端相连，开关电路&、、的控制端分别
3与控制电路相连，开关电路s3、S4的输出端相连，开关电路S3、S4的输出端再分别与负载连接。双余度航空电源采用集中供电方式给各个用电设备供电；直流开关电源把电池电压降低到负载所需电压给负载供电；检测电路通过检测每个电池和直流开关电源的电压信号，反馈给控制电路，控制电路根据检测到的电压和基准电压比较结果对开关电路进行控制；电池和直流开关电源都采用冗余系统给负载供电；每个电池和直流开关电源都分别接一个开关电路，然后再分别并联，保证了只要不是两个电池和两个直流开关电源同时坏，就能给用电设备供电。该发明采用集中供电方式，以及双冗余系统为各个用电设备供电，全方面的提高了系统的安全性、可靠性。进一步，其中每一个开关电路的控制端与控制电路之间都分别接一个反相器。这样可以保证如果控制电路出现问题，电池和DC/DC电路都正常的情况下，用电设备还能正常运行。所述的双余度航空电源总共有4种供电方式给负载供电；第一种是一块电池组、 两个直流开关电源电路给负载供电，如果一块电池或直流开关电源出现故障，通过控制电路控制开关电路，来给负载供电；第二种是一个电池和一个直流开关电源给负载供电，如果一块电池或直流开关电源出现故障，通过控制电路控制开关电路，切换到另一路电池和直流开关电源来给负载供电；第三种两块电池、一个直流开关电源同时都给负载供电，如果一块电池或直流开关电源出现故障，通过控制电路控制开关电路，来给负载供电；第四种是两块电池、两个直流开关电源同时都给负载供电，如果一块电池或直流开关电源电路出现故障，通过控制电路控制开关电路，来给负载供电。双余度航空电源采用集中供电方式给各个用电设备供电；直流开关电源把电池电压降低到负载所需电压给负载供电；检测电路通过检测每个电池和直流开关电源的电压信号，反馈给控制电路，控制电路根据检测到的电压和设定的基准电压比较对开关电路进行控制；电池和直流开关电源都采用冗余系统给负载供电；每个电池和直流开关电源都分别接一个开关电路，然后再分别并联，保证了只要不是两个电池和两个直流开关电源同时坏， 就能给用电设备供电。该发明采用集中供电方式，以及双冗余系统为各个用电设备供电，全方面的提高了系统的安全性、可靠性。


图1是本发明的整体结构框图。图2是开关电路Sp图3是开关电路&。图4是开关电路&。图5是开关电路、。图6是一块电池、两个直流开关电源(简称DC/DC)电路给负载供电。图7是一块电池、一个DC/DC电路给负载供电。图8是两块电池、一个DC/DC电路同时都给负载供电。图9是两块电池、两个DC/DC电路同时都给负载供电。图中具体标号如下
1.电池组2.开关电路S1A23. DC/DC 电路4.开关电路S3J45.负载6.第一检测电路7.控制电路8.第二检测电路9.反相器112.反相器 215.反相器 318.反相器 410. Mos管开关电路113. Mos管开关电路216. Mos管开关电路319. Mos管开关电路411. 二极管 D114. 二极管 D317. 二极管 D520. 二极管 D7KpKyKyK4.开关电路的控制端Bat 1、Bat2.开关电路S1、S2的输入端DCpDC2.开关电路S3J4的输入端DC/DC电路.直流开关电源02、仏、06、08. 沟道11108管Q2_d、Q4_d、Q6_d、Q8_d. P 沟道 mos 管的漏极Q2_s、Q4_s、Q6_s、Q8_s. P 沟道 mos 管的源极Q1JrQpQ7. NPN 型三极管D2、D4、D6、D8. 二极管仏、队、仏、队·反相器Ri、R2 Λ R3、R4、R5 λ R6、R7、尺8、R9、Rio、Rll、R12、Rl3、Rl4、Rl5、^16 λ 尺17、尺18、^19 Λ ^20 Λ ^21 Λ
R23^R24-电阻A^A2.检测电路1的输入端A3> A4.检测电路2的输入端
具体实施例方式根据附图叙述本发明的具体实施方式
。本发明的一种双余度航空电源及其供电方式较佳的实施方式包括电池组1、开关电路51、522、00/1^3、开关电路53、、4、检测电路6、8、 控制电路7、负载5 ；电池Α、Β的正极分别与第一检测电路的ApA2相连，检测电路的输出在与控制电路的Io5相连，电池A、B的正极再分别与开关电路Sp S2的输入端Batl、Bat2相接，开关电路S1A2的控制端Kp K2分别与控制电路的I0l、Io2相连，开关电路S1A2的输出端％_d、Q4_d相连再与第一 DC/DC、第二 DC/DC的输入端相连，第一 DC/DC、第二 DC/DC的输出端与第二检测电路的4、~相连，第二检测电路的输出在与控制电路的Io6相连，第一DC/ DC、第二 DC/DC的输出端再分别与开关电路S3J4的输入端DCpDC2相连，开关电路S3J4的控制端K3、K4分别与控制电路的Io3、Io4相连，开关电路S3、S4的输出端Q6_d、Q8_d相连，再与负载连接，如图一连接所示；本发明的较佳实施方式中，所述的电池包括两块电池A、B，两块电池都分别接一个开关电路，而在开关电路的控制端分别连接一个反相器，这样可以保证如果控制电路出现问题，电池和DC/DC电路都正常的情况下，用电设备还能正常运行。其中电池A、B的正极与开关电路S” S2的输入端BatU Bat2相连，BatU Bat2再与二极管D1、D3的阳极相连，二极管D1J3的阴极与mos管Q2_s、Q4_s相连，mos管％_d、Q4_d相连再与DC/DC电路连接，开关电路S1A2的控制端K1J2分别与控制电路的I0l、l02相连，K1J2再接一个下拉电阻和一个反相器，反相器的输出端接mos管开关电路1、2的输入端，如图2、3连接所示；本发明的较佳实施方式中，所述的DC/DC电路包括两个DC/DC降压电路，他们的输出端与两个开关电路相连然后再给负载供电，而在开关电路的控制端分别接一个反相器， 这样可以保证如果控制电路出现问题，电池和DC/DC电路都正常的情况下，整个设备还能正常工作。其中第一 DC/DC、第二 DC/DC的输出端与开关电路&、、的输入端DCpDC2相接， DC” DC2再与二极管D5, D7的阳极相连，二极管D5, D7的阴极与mos管Q6_s、Q8_s相连，mos 管Q6_d、Q8_d相连再与DC/DC电路连接，开关电路S3、S4的控制端K3、K4分别与控制电路的 Io3、Io4相连，K3、K4再接一个下拉电阻和一个反相器，反相器的输出接mos管开关电路3、4 的输入端，如图4、5连接所示；实例一一个电池两个DC/DC电路给负载供电，控制电路可采用DSP控制，DSP中的10 口给控制信号101和Io2—个高电平，一个低电平，只让其中的一个电池工作，DS P给控制信号Io3和Io4低电平，保证两个DC/DC电路都工作，如果当电池出现故障或没电时，把Io1和 Io2的高低电平反向，让另一个电池工作；如果电池正常，某一个DC/DC电路出现故障，只需根据检测电路检测到的电压信号和比较器基准电压信号进行比较，其中如果DC/DC电路输出电压为12V，那么比较器的基准电压则设为12v，经过比较器比较后如果相差在0-2v之内则都认为电路正常，超出此范围则认为电路出现故障，最后将其比较结果反馈给DSP，根据比较结果DSP把故障那一支路的控制信号输出一个高电平将其开关断开，让正常的那一路 DC/DC工作即可。实例二一块电池一个DC/DC电路给负载供电，另一块电池和DC/DC电路作为备用，其中控制电路可采用DS P控制，DSP中的Io 口给控制信号101和Io2 —个高电平，一个低电平，只让其中的一块电池工作，DSP给控制信号103和Io4 —个高电平，一个低电平，只让其中一个 DC/DC电路工作，另一个做备份，如果当电池出现故障或没电时，把Io1和Io2的高低电平反向，让另一个电池工作；如果电池正常，DC/DC电路出现故障时，那么给控制信号103和Io4 的高低电平反向。
实例三两块电池(假如电池电压为72V) —个DC/DC电路给负载供电，DSP中的Io 口给控制信号Io1和Io2都为低电平，两个电池同时工作，DSP给控制信号Io3和Io4 —个低电平一个高电平，保证一个DC/DC电路工作，如果当其中一块电池出现故障时，则把第一检测电路检测到的电压信号与比较器的基准电压信号进行比较，其中如果电池电压为72V那么比较器的基准电压则设为72V，经过比较器比较后如果相差在O到IOV之内都认为电路正常，最后将其比较结果反馈给DSP，根据比较结果DSP把故障电路的那一路电池的控制信号输出一个高电平将其断开，只让另一个电池工作；如果DC/DC电路出现故障，那么根据检测电路检测到的电压与比较器的基准电压信号比较，其中如果DC/DC电路输出电压为12V，那么比较器的基准电压则设为12v，经过比较器比较后如果相差在0-2v之内则都认为电路正常， 不在此范围则认为电路出现故障，最后将其比较结果反馈给DSP，根据比较结果DSP把故障那一支路的控制信号输出一个高电平将其开关断开，给另一个电路一个低电平让其工作即可。实例四两块电池两个DC/DC电路给负载供电，DSP中的Io 口给控制信号Io1和Io2都输出低电平，保证两块电池工作，DSP给控制信号Io3和Io4都为低电平，保证两个DC/DC电路都工作，如果当电池出现故障那么根据检测电路检测到的电压信号与比较器的基准电压进行比较，其中如果电池电压为72V那么比较器的基准电压则设为72V，经过比较器比较后如果相差在O到IOV之内都认为电路正常，超出此范围则认为电路出现故障，最后将其比较结果反馈给DSP，根据比较结果DSP把故障电路的那一支路电池的控制信号输出一个高电平将其断开，只让另一个电池工作；如果当DC/DC电路出现故障，只需根据检测电路检测到的电压信号和比较器基准电压信号进行比较，其中如果DC/DC电路输出电压为12V，那么比较器的基准电压则设为12v，经过比较器比较后如果相差在0-2v之内则都认为电路正常，超出此范围则认为电路出现故障，最后将其比较结果反馈给DSP，根据比较结果DSP把故障那一支路的控制信号输出一个高电平将其开关断开，让正常的那一路DC/DC工作即可。
权利要求
1.一种双余度航空电源，其特征在于包括2块电池组即电池组A、电池组B，4个开关电路即开关电路Si、S2, S3、S4, 2个直接开关电源即第一直流开关电源、第二直流开关电源， 2个检测电路即第一检测电路、第二检测电路，1个控制电路；其中，电池A、B的正极分别与第一检测电路的两个输入端相连，第一检测电路的输出在与控制电路相连，电池A、B的正极再分别与开关电路S” S2的输入端相接，开关电路S” S2的控制端分别与控制电路相连，开关电路Si、S2的输出端相连，开关电路Si、S2的输出端再分别与第一直流开关电源、第二直流开关电源的输入端相连，第一直流开关电源、第二直流开关电源的输出端与第二检测电路的输入端相连，第二检测电路的输出在与控制电路的相连，第一直流开关电源、第二直流开关电源的输出端相连，第一直流开关电源、第二直流开关电源的输出端再分别与开关电路S3、、的输入端相连，开关电路s3、、的控制端分别与控制电路相连，开关电路S3、、的输出端相连，开关电路s3、、的输出端再分别与负载连接。
2.根据权利要求1所述一种双余度航空电源，其特征在于所述的4个开关电路，其中每一个开关电路的控制端与控制电路之间都分别接一个反相器。
3.应用权利要求1所述的双余度航空电源的供电方式，其特征在于总共有4种供电方式给负载供电；第一种是一块电池组、两个直流开关电源电路给负载供电，如果一块电池或直流开关电源出现故障，通过控制电路控制开关电路，来给负载供电；第二种是一个电池和一个直流开关电源给负载供电，如果一块电池或直流开关电源出现故障，通过控制电路控制开关电路，切换到另一路电池和直流开关电源来给负载供电；第三种两块电池、一个直流开关电源同时都给负载供电，如果一块电池或直流开关电源出现故障，通过控制电路控制开关电路，来给负载供电；第四种是两块电池、两个直流开关电源同时都给负载供电，如果一块电池或直流开关电源电路出现故障，通过控制电路控制开关电路，来给负载供电。
全文摘要
一种双余度航空电源及其供电方式属于航空航天电源领域。该发明包括2块电池组、4个开关电路、2个直流开关电源、2个检测电路、1个控制电路；直流开关电源把电池电压降低到负载所需电压给负载供电；检测电路通过检测每个电池和直流开关电源电路的电压信号，反馈给控制电路，控制电路根据检测到的电压和设定的基准电压比较对开关电路进行控制；电池和直流开关电源都采用冗余系统给负载供电；每个电池和直流开关电源都分别接一个开关电路，然后再分别并联，保证了只要不是两个电池和两个直流开关电源同时坏，就能给无人机用电设备供电。该发明采用集中供电方式，以及双冗余系统为各个用电设备供电，全方面的提高了系统的安全性、可靠性。
文档编号H02J9/04GK102355044SQ20111025822
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者仝江涛, 张一鸣, 王海娟, 陈贺娜, 高俊侠 申请人:北京工业大学