專利名稱：一種雙余度航空電源及其供電方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙余度航空電源及其供電方式，屬于航空航天電源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
航空電源系統(tǒng)是整個航空設(shè)備的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，它擔(dān)負(fù)著為其他分系統(tǒng)提供有效載荷供電的重要任務(wù)。電源系統(tǒng)供電質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響航空設(shè)備整體的工作狀態(tài)，而且隨著現(xiàn)代科學(xué)和航空技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子設(shè)備日益增多，用電量不斷增加，航空電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制越來越復(fù)雜。因此設(shè)計(jì)一個具有高可靠性的航空電源系統(tǒng)是非常有必要的。目前，航空電源通常采用分散式供電方法，即每一個用電設(shè)備分別配帶一塊電池進(jìn)行供電，這種方法就造成了為保證正常運(yùn)行，需搭載更大容量的電池來為負(fù)載供電，這無形給航空設(shè)備載荷造成了負(fù)擔(dān)，而且分散式供電方法也不具有電源管理系統(tǒng)，無法對各負(fù)載用電情況進(jìn)行監(jiān)測、管理，使整個電源處于工作在一種模糊狀態(tài)中。針對這種方式造成的不足，專門研制了雙余度航空電源及其供電方式，其采用集中供電方法對各個用電設(shè)備進(jìn)行供電，而且配有電源管理系統(tǒng)，可根據(jù)電池的電量來對各個負(fù)載用電進(jìn)行控制，保證安全飛行。航空電源常采用分散式供電方法，而且電池電壓到負(fù)載電壓的轉(zhuǎn)換電路也采用單電路轉(zhuǎn)換，沒有備份電路，這將造成若轉(zhuǎn)換電路出現(xiàn)問題，整個設(shè)備也將無法正常工作，甚至是毀壞，因此，為保證安全運(yùn)行研制雙余度航空電源，很大程度上提高了航空電源的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要針對航空電源分散式供電方式以及單電源供電存在的問題，克服其不足之處，從提高航空電源可靠性及功率密度的角度出發(fā)，研制一種雙余度航空電源及其供電方式。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種雙余度航空電源，其特征在于包括2塊電池組即電池組A、電池組B，4個開關(guān)電路即開關(guān)電路Sp S2、S3、S4, 2個直接開關(guān)電源即第一直流開關(guān)電源、第二直流開關(guān)電源，2個檢測電路即第一檢測電路、第二檢測電路，1個控制電路；其中，電池A、B的正極分別與第一檢測電路的兩個輸入端相連，第一檢測電路的輸出在與控制電路相連，電池A、B的正極再分別與開關(guān)電路S” &的輸入端相接，開關(guān)電路 S1^S2的控制端分別與控制電路相連，開關(guān)電路S1A2的輸出端相連，開關(guān)電路S1A2的輸出端再分別與第一直流開關(guān)電源、第二直流開關(guān)電源的輸入端相連，第一直流開關(guān)電源、第二直流開關(guān)電源的輸出端與第二檢測電路的輸入端相連，第二檢測電路的輸出在與控制電路的相連，第一直流開關(guān)電源、第二直流開關(guān)電源的輸出端相連，第一直流開關(guān)電源、第二直流開關(guān)電源的輸出端再分別與開關(guān)電路&、、的輸入端相連，開關(guān)電路&、、的控制端分別
3與控制電路相連，開關(guān)電路s3、S4的輸出端相連，開關(guān)電路S3、S4的輸出端再分別與負(fù)載連接。雙余度航空電源采用集中供電方式給各個用電設(shè)備供電；直流開關(guān)電源把電池電壓降低到負(fù)載所需電壓給負(fù)載供電；檢測電路通過檢測每個電池和直流開關(guān)電源的電壓信號，反饋給控制電路，控制電路根據(jù)檢測到的電壓和基準(zhǔn)電壓比較結(jié)果對開關(guān)電路進(jìn)行控制；電池和直流開關(guān)電源都采用冗余系統(tǒng)給負(fù)載供電；每個電池和直流開關(guān)電源都分別接一個開關(guān)電路，然后再分別并聯(lián)，保證了只要不是兩個電池和兩個直流開關(guān)電源同時壞，就能給用電設(shè)備供電。該發(fā)明采用集中供電方式，以及雙冗余系統(tǒng)為各個用電設(shè)備供電，全方面的提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性。進(jìn)一步，其中每一個開關(guān)電路的控制端與控制電路之間都分別接一個反相器。這樣可以保證如果控制電路出現(xiàn)問題，電池和DC/DC電路都正常的情況下，用電設(shè)備還能正常運(yùn)行。所述的雙余度航空電源總共有4種供電方式給負(fù)載供電；第一種是一塊電池組、 兩個直流開關(guān)電源電路給負(fù)載供電，如果一塊電池或直流開關(guān)電源出現(xiàn)故障，通過控制電路控制開關(guān)電路，來給負(fù)載供電；第二種是一個電池和一個直流開關(guān)電源給負(fù)載供電，如果一塊電池或直流開關(guān)電源出現(xiàn)故障，通過控制電路控制開關(guān)電路，切換到另一路電池和直流開關(guān)電源來給負(fù)載供電；第三種兩塊電池、一個直流開關(guān)電源同時都給負(fù)載供電，如果一塊電池或直流開關(guān)電源出現(xiàn)故障，通過控制電路控制開關(guān)電路，來給負(fù)載供電；第四種是兩塊電池、兩個直流開關(guān)電源同時都給負(fù)載供電，如果一塊電池或直流開關(guān)電源電路出現(xiàn)故障，通過控制電路控制開關(guān)電路，來給負(fù)載供電。雙余度航空電源采用集中供電方式給各個用電設(shè)備供電；直流開關(guān)電源把電池電壓降低到負(fù)載所需電壓給負(fù)載供電；檢測電路通過檢測每個電池和直流開關(guān)電源的電壓信號，反饋給控制電路，控制電路根據(jù)檢測到的電壓和設(shè)定的基準(zhǔn)電壓比較對開關(guān)電路進(jìn)行控制；電池和直流開關(guān)電源都采用冗余系統(tǒng)給負(fù)載供電；每個電池和直流開關(guān)電源都分別接一個開關(guān)電路，然后再分別并聯(lián)，保證了只要不是兩個電池和兩個直流開關(guān)電源同時壞， 就能給用電設(shè)備供電。該發(fā)明采用集中供電方式，以及雙冗余系統(tǒng)為各個用電設(shè)備供電，全方面的提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是開關(guān)電路Sp圖3是開關(guān)電路&。圖4是開關(guān)電路&。圖5是開關(guān)電路、。圖6是一塊電池、兩個直流開關(guān)電源(簡稱DC/DC)電路給負(fù)載供電。圖7是一塊電池、一個DC/DC電路給負(fù)載供電。圖8是兩塊電池、一個DC/DC電路同時都給負(fù)載供電。圖9是兩塊電池、兩個DC/DC電路同時都給負(fù)載供電。圖中具體標(biāo)號如下
1.電池組2.開關(guān)電路S1A23. DC/DC 電路4.開關(guān)電路S3J45.負(fù)載6.第一檢測電路7.控制電路8.第二檢測電路9.反相器112.反相器 215.反相器 318.反相器 410. Mos管開關(guān)電路113. Mos管開關(guān)電路216. Mos管開關(guān)電路319. Mos管開關(guān)電路411. 二極管 D114. 二極管 D317. 二極管 D520. 二極管 D7KpKyKyK4.開關(guān)電路的控制端Bat 1、Bat2.開關(guān)電路S1、S2的輸入端DCpDC2.開關(guān)電路S3J4的輸入端DC/DC電路.直流開關(guān)電源02、仏、06、08. 溝道11108管Q2_d、Q4_d、Q6_d、Q8_d. P 溝道 mos 管的漏極Q2_s、Q4_s、Q6_s、Q8_s. P 溝道 mos 管的源極Q1JrQpQ7. NPN 型三極管D2、D4、D6、D8. 二極管仏、隊(duì)、仏、隊(duì)·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-電阻A^A2.檢測電路1的輸入端A3> A4.檢測電路2的輸入端
具體實(shí)施例方式根據(jù)附圖敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明的一種雙余度航空電源及其供電方式較佳的實(shí)施方式包括電池組1、開關(guān)電路51、522、00/1^3、開關(guān)電路53、、4、檢測電路6、8、 控制電路7、負(fù)載5 ；電池Α、Β的正極分別與第一檢測電路的ApA2相連，檢測電路的輸出在與控制電路的Io5相連，電池A、B的正極再分別與開關(guān)電路Sp S2的輸入端Batl、Bat2相接，開關(guān)電路S1A2的控制端Kp K2分別與控制電路的I0l、Io2相連，開關(guān)電路S1A2的輸出端％_d、Q4_d相連再與第一 DC/DC、第二 DC/DC的輸入端相連，第一 DC/DC、第二 DC/DC的輸出端與第二檢測電路的4、~相連，第二檢測電路的輸出在與控制電路的Io6相連，第一DC/ DC、第二 DC/DC的輸出端再分別與開關(guān)電路S3J4的輸入端DCpDC2相連，開關(guān)電路S3J4的控制端K3、K4分別與控制電路的Io3、Io4相連，開關(guān)電路S3、S4的輸出端Q6_d、Q8_d相連，再與負(fù)載連接，如圖一連接所示；本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，所述的電池包括兩塊電池A、B，兩塊電池都分別接一個開關(guān)電路，而在開關(guān)電路的控制端分別連接一個反相器，這樣可以保證如果控制電路出現(xiàn)問題，電池和DC/DC電路都正常的情況下，用電設(shè)備還能正常運(yùn)行。其中電池A、B的正極與開關(guān)電路S” S2的輸入端BatU Bat2相連，BatU Bat2再與二極管D1、D3的陽極相連，二極管D1J3的陰極與mos管Q2_s、Q4_s相連，mos管％_d、Q4_d相連再與DC/DC電路連接，開關(guān)電路S1A2的控制端K1J2分別與控制電路的I0l、l02相連，K1J2再接一個下拉電阻和一個反相器，反相器的輸出端接mos管開關(guān)電路1、2的輸入端，如圖2、3連接所示；本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，所述的DC/DC電路包括兩個DC/DC降壓電路，他們的輸出端與兩個開關(guān)電路相連然后再給負(fù)載供電，而在開關(guān)電路的控制端分別接一個反相器， 這樣可以保證如果控制電路出現(xiàn)問題，電池和DC/DC電路都正常的情況下，整個設(shè)備還能正常工作。其中第一 DC/DC、第二 DC/DC的輸出端與開關(guān)電路&、、的輸入端DCpDC2相接， DC” DC2再與二極管D5, D7的陽極相連，二極管D5, D7的陰極與mos管Q6_s、Q8_s相連，mos 管Q6_d、Q8_d相連再與DC/DC電路連接，開關(guān)電路S3、S4的控制端K3、K4分別與控制電路的 Io3、Io4相連，K3、K4再接一個下拉電阻和一個反相器，反相器的輸出接mos管開關(guān)電路3、4 的輸入端，如圖4、5連接所示；實(shí)例一一個電池兩個DC/DC電路給負(fù)載供電，控制電路可采用DSP控制，DSP中的10 口給控制信號101和Io2—個高電平，一個低電平，只讓其中的一個電池工作，DS P給控制信號Io3和Io4低電平，保證兩個DC/DC電路都工作，如果當(dāng)電池出現(xiàn)故障或沒電時，把Io1和 Io2的高低電平反向，讓另一個電池工作；如果電池正常，某一個DC/DC電路出現(xiàn)故障，只需根據(jù)檢測電路檢測到的電壓信號和比較器基準(zhǔn)電壓信號進(jìn)行比較，其中如果DC/DC電路輸出電壓為12V，那么比較器的基準(zhǔn)電壓則設(shè)為12v，經(jīng)過比較器比較后如果相差在0-2v之內(nèi)則都認(rèn)為電路正常，超出此范圍則認(rèn)為電路出現(xiàn)故障，最后將其比較結(jié)果反饋給DSP，根據(jù)比較結(jié)果DSP把故障那一支路的控制信號輸出一個高電平將其開關(guān)斷開，讓正常的那一路 DC/DC工作即可。實(shí)例二一塊電池一個DC/DC電路給負(fù)載供電，另一塊電池和DC/DC電路作為備用，其中控制電路可采用DS P控制，DSP中的Io 口給控制信號101和Io2 —個高電平，一個低電平，只讓其中的一塊電池工作，DSP給控制信號103和Io4 —個高電平，一個低電平，只讓其中一個 DC/DC電路工作，另一個做備份，如果當(dāng)電池出現(xiàn)故障或沒電時，把Io1和Io2的高低電平反向，讓另一個電池工作；如果電池正常，DC/DC電路出現(xiàn)故障時，那么給控制信號103和Io4 的高低電平反向。
實(shí)例三兩塊電池(假如電池電壓為72V) —個DC/DC電路給負(fù)載供電，DSP中的Io 口給控制信號Io1和Io2都為低電平，兩個電池同時工作，DSP給控制信號Io3和Io4 —個低電平一個高電平，保證一個DC/DC電路工作，如果當(dāng)其中一塊電池出現(xiàn)故障時，則把第一檢測電路檢測到的電壓信號與比較器的基準(zhǔn)電壓信號進(jìn)行比較，其中如果電池電壓為72V那么比較器的基準(zhǔn)電壓則設(shè)為72V，經(jīng)過比較器比較后如果相差在O到IOV之內(nèi)都認(rèn)為電路正常，最后將其比較結(jié)果反饋給DSP，根據(jù)比較結(jié)果DSP把故障電路的那一路電池的控制信號輸出一個高電平將其斷開，只讓另一個電池工作；如果DC/DC電路出現(xiàn)故障，那么根據(jù)檢測電路檢測到的電壓與比較器的基準(zhǔn)電壓信號比較，其中如果DC/DC電路輸出電壓為12V，那么比較器的基準(zhǔn)電壓則設(shè)為12v，經(jīng)過比較器比較后如果相差在0-2v之內(nèi)則都認(rèn)為電路正常， 不在此范圍則認(rèn)為電路出現(xiàn)故障，最后將其比較結(jié)果反饋給DSP，根據(jù)比較結(jié)果DSP把故障那一支路的控制信號輸出一個高電平將其開關(guān)斷開，給另一個電路一個低電平讓其工作即可。實(shí)例四兩塊電池兩個DC/DC電路給負(fù)載供電，DSP中的Io 口給控制信號Io1和Io2都輸出低電平，保證兩塊電池工作，DSP給控制信號Io3和Io4都為低電平，保證兩個DC/DC電路都工作，如果當(dāng)電池出現(xiàn)故障那么根據(jù)檢測電路檢測到的電壓信號與比較器的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，其中如果電池電壓為72V那么比較器的基準(zhǔn)電壓則設(shè)為72V，經(jīng)過比較器比較后如果相差在O到IOV之內(nèi)都認(rèn)為電路正常，超出此范圍則認(rèn)為電路出現(xiàn)故障，最后將其比較結(jié)果反饋給DSP，根據(jù)比較結(jié)果DSP把故障電路的那一支路電池的控制信號輸出一個高電平將其斷開，只讓另一個電池工作；如果當(dāng)DC/DC電路出現(xiàn)故障，只需根據(jù)檢測電路檢測到的電壓信號和比較器基準(zhǔn)電壓信號進(jìn)行比較，其中如果DC/DC電路輸出電壓為12V，那么比較器的基準(zhǔn)電壓則設(shè)為12v，經(jīng)過比較器比較后如果相差在0-2v之內(nèi)則都認(rèn)為電路正常，超出此范圍則認(rèn)為電路出現(xiàn)故障，最后將其比較結(jié)果反饋給DSP，根據(jù)比較結(jié)果DSP把故障那一支路的控制信號輸出一個高電平將其開關(guān)斷開，讓正常的那一路DC/DC工作即可。
權(quán)利要求
1.一種雙余度航空電源，其特征在于包括2塊電池組即電池組A、電池組B，4個開關(guān)電路即開關(guān)電路Si、S2, S3、S4, 2個直接開關(guān)電源即第一直流開關(guān)電源、第二直流開關(guān)電源， 2個檢測電路即第一檢測電路、第二檢測電路，1個控制電路；其中，電池A、B的正極分別與第一檢測電路的兩個輸入端相連，第一檢測電路的輸出在與控制電路相連，電池A、B的正極再分別與開關(guān)電路S” S2的輸入端相接，開關(guān)電路S” S2的控制端分別與控制電路相連，開關(guān)電路Si、S2的輸出端相連，開關(guān)電路Si、S2的輸出端再分別與第一直流開關(guān)電源、第二直流開關(guān)電源的輸入端相連，第一直流開關(guān)電源、第二直流開關(guān)電源的輸出端與第二檢測電路的輸入端相連，第二檢測電路的輸出在與控制電路的相連，第一直流開關(guān)電源、第二直流開關(guān)電源的輸出端相連，第一直流開關(guān)電源、第二直流開關(guān)電源的輸出端再分別與開關(guān)電路S3、、的輸入端相連，開關(guān)電路s3、、的控制端分別與控制電路相連，開關(guān)電路S3、、的輸出端相連，開關(guān)電路s3、、的輸出端再分別與負(fù)載連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雙余度航空電源，其特征在于所述的4個開關(guān)電路，其中每一個開關(guān)電路的控制端與控制電路之間都分別接一個反相器。
3.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的雙余度航空電源的供電方式，其特征在于總共有4種供電方式給負(fù)載供電；第一種是一塊電池組、兩個直流開關(guān)電源電路給負(fù)載供電，如果一塊電池或直流開關(guān)電源出現(xiàn)故障，通過控制電路控制開關(guān)電路，來給負(fù)載供電；第二種是一個電池和一個直流開關(guān)電源給負(fù)載供電，如果一塊電池或直流開關(guān)電源出現(xiàn)故障，通過控制電路控制開關(guān)電路，切換到另一路電池和直流開關(guān)電源來給負(fù)載供電；第三種兩塊電池、一個直流開關(guān)電源同時都給負(fù)載供電，如果一塊電池或直流開關(guān)電源出現(xiàn)故障，通過控制電路控制開關(guān)電路，來給負(fù)載供電；第四種是兩塊電池、兩個直流開關(guān)電源同時都給負(fù)載供電，如果一塊電池或直流開關(guān)電源電路出現(xiàn)故障，通過控制電路控制開關(guān)電路，來給負(fù)載供電。
全文摘要
一種雙余度航空電源及其供電方式屬于航空航天電源領(lǐng)域。該發(fā)明包括2塊電池組、4個開關(guān)電路、2個直流開關(guān)電源、2個檢測電路、1個控制電路；直流開關(guān)電源把電池電壓降低到負(fù)載所需電壓給負(fù)載供電；檢測電路通過檢測每個電池和直流開關(guān)電源電路的電壓信號，反饋給控制電路，控制電路根據(jù)檢測到的電壓和設(shè)定的基準(zhǔn)電壓比較對開關(guān)電路進(jìn)行控制；電池和直流開關(guān)電源都采用冗余系統(tǒng)給負(fù)載供電；每個電池和直流開關(guān)電源都分別接一個開關(guān)電路，然后再分別并聯(lián)，保證了只要不是兩個電池和兩個直流開關(guān)電源同時壞，就能給無人機(jī)用電設(shè)備供電。該發(fā)明采用集中供電方式，以及雙冗余系統(tǒng)為各個用電設(shè)備供電，全方面的提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性。
文檔編號H02J9/04GK102355044SQ20111025822
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者仝江濤, 張一鳴, 王海娟, 陳賀娜, 高俊俠 申請人:北京工業(yè)大學(xué)