專利名稱：飛行器電源及運(yùn)行該飛行器電源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及電源(power supply)，更具體而言，涉及提供DC電力的飛行器 電源。
背景技術(shù)：
飛行器電氣系統(tǒng)通常包括要求一定電力品質(zhì)特性的電組件、設(shè)備、裝置等。例如， 如果在DC電源中有電干擾，某些電組件可能無法正常工作。電干擾可以包括廣泛的現(xiàn)象， 這些現(xiàn)象包括電力中斷、高電壓瞬變、低電壓瞬變、波紋電壓等等。在測試中經(jīng)歷的電力品質(zhì)特性與在實(shí)際的飛行器運(yùn)行中所經(jīng)歷的電力品質(zhì)特性 會有顯著的變化。在測試中，可以由可編程電源在高度校準(zhǔn)和穩(wěn)定的環(huán)境中提供DC電力。 然而在實(shí)際的飛行器運(yùn)行中，DC電力(power)通常來自于與在可變速度下運(yùn)行的引擎相耦 合的AC發(fā)電機(jī)，AC電力從該AC發(fā)電機(jī)中被變壓、整流、濾波等。這個(gè)運(yùn)行的可變特性以及 其他因素，都可能導(dǎo)致顯示出低于理想電力品質(zhì)特性的DC電力。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種飛行器電源，該飛行器電源包括DC電力輸出 裝置和電壓調(diào)制衰減器(voltage modulation attenuator)，該電壓調(diào)制衰減器被耦合到 該DC電力輸出裝置的至少一個(gè)端子上，并且該電壓調(diào)制衰減器具有至少一個(gè)電感器和至 少一個(gè)并聯(lián)連接的二極管。在一些實(shí)施例中，該飛行器電源可以是包括變壓器的類型的電 源，所述變壓器具有與整流器電路相連的次級線圈，該整流器電路經(jīng)由電壓調(diào)制衰減器與 DC電力輸出裝置相連。并且，在一些實(shí)施例中，電壓調(diào)制衰減器可以包括在電流反向方向 上、以并聯(lián)方式跨接到該電感器上的二極管，該電壓調(diào)制衰減器可以包括一個(gè)或多個(gè)在電 流正向方向上、以并聯(lián)方式跨接到該電感器上的附加的二極管。電壓調(diào)制衰減器例如通過 在提供的DC電力中提供減小的瞬變和電壓波紋來提供改善品質(zhì)的DC輸出電壓。


本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施例將結(jié)合附圖在下文中進(jìn)行描述，其中類似的標(biāo)號代表 類似的元件，并且其中圖1是可提供改善的電力品質(zhì)特性的示例性飛行器電源的示意圖；圖2A是現(xiàn)有技術(shù)中飛行器電源的電流和電壓波形的圖表；以及圖2B是示例性飛行器電源的電流和電壓波形的圖表，其中所述示例性飛行器電 源例如為圖1中所示的、包含電壓調(diào)制衰減器的飛行器電源。
具體實(shí)施例方式這里描述的飛行器電源可以提供具有改善的電力品質(zhì)特性的DC電力，并且可以 不用犧牲系統(tǒng)的可靠性地這樣做。盡管在下面飛行器電源在使用變壓器整流器單元(TRU)來提供DC電力的AC/DC系統(tǒng)的背景下被描述，然而應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是其他實(shí)施方式也能夠 被應(yīng)用。例如，飛行器電源可以提供如下幾種的任意組合可變頻率AC電力、恒定頻率AC 電力，和/或DC電力，并且不限于僅提供DC電力。 根據(jù)圖1中所示的示例性實(shí)施例，飛行器電源10從在插座12處的飛行器發(fā)電機(jī) 接收AC電力，并提供DC電力給DC電力輸出裝置14。AC電力可以作為三相的、在400赫茲 的恒定頻率下的115伏(RMS)的波形被提供，但是其他電力輸入也可以代為使用。出于說 明的目的，飛行器電源10被分為高電壓部分16和低電壓部分18，該高電壓部分16包含輸 入濾波器20和變壓器22的初級線圈，低電壓部分18包含變壓器22的次級線圈、整流器網(wǎng) 絡(luò)24，26和輸出濾波器28。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，輸出濾波器28包括由電感器、電容器和二極 管構(gòu)成的確定的布置，這些電感器、電容器和二極管以無源的方式(passively)改善了飛 行器電源10的電力品質(zhì)特性。 輸入濾波器20從在插座12處的飛行器發(fā)電機(jī)獲得AC電力，并且該輸入濾波器20 可包括多個(gè)過濾或者不然調(diào)節(jié)輸入AC電壓信號的電感器和/或其他電組件。在一個(gè)例子 中，被集成的驅(qū)動發(fā)電機(jī)(IDG)可用來將來自飛行器引擎的、可變速率的機(jī)械輸出轉(zhuǎn)換為 恒定速率的機(jī)械輸出，從而在插座12處的飛行器發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生恒定頻率(CF)的電力。所 述CF電力隨后可以被提供給用于濾波的輸入濾波器20等等，所述CF電力可為三相信號， 其中每相之間用120°間隔。其他的飛行器發(fā)電機(jī)、AC電源和輸入濾波器同樣可以被采用。變壓器22將由飛行器發(fā)動機(jī)12提供的AC電力的電壓逐步降低至更適合該飛 行器的電組件的水平。在一個(gè)例子中，變壓器22將115V(RMS)的信號逐步降低至接近 28V(RMS)的電壓；然而，其他電壓水平也可以被使用。在這里所示的實(shí)施例中，變壓器22包 括分別以Y型結(jié)構(gòu)布置的初級線圈40和以delta-Y型結(jié)構(gòu)布置的次級線圈42和44。如上 所提及的，初級線圈40可以是高電壓部分16的一部分，次級線圈42、44可以是低電壓部分 18的一部分。當(dāng)然這僅是一種示例性的變壓器布置，因?yàn)楸绢I(lǐng)域中已知的其他的線圈布置 及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也是可以被使用的。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，另一可能的變壓器布置包括 delta-型初級線圈和delta-Y型次級線圈。整流器網(wǎng)絡(luò)24、26與次級線圈42、44分別相連，并且對經(jīng)逐步降低的AC電力進(jìn) 行整流，使得DC電力可以被提供給DC電力輸出端14。這里所示的實(shí)施例中，整流器網(wǎng)絡(luò) 24,26以功率二極管組50至72的形式被提供，這些功率二極管提供對經(jīng)逐步降低的次級 線圈電壓的全波整流。整流器網(wǎng)絡(luò)24、26通過相間變換器80相連接，該相間變換器80將 delta-型次級線圈和Y型的次級線圈42、44磁性耦合。相間變換器80可以包括一對與故 障感應(yīng)繼電器相連接的較高電壓分接器(higher voltage tap)，所述故障感應(yīng)繼電器給一 至多個(gè)飛行器組件例如FADEC系統(tǒng)提供變換器狀態(tài)信息。整流器網(wǎng)絡(luò)24、26通常經(jīng)由輸出 濾波器28與DC輸出裝置14相連。輸出濾波器28被連接在整流器網(wǎng)絡(luò)24、26的輸出側(cè)，并可以用于以無源的方式改 善DC電力總線上所提供的電力的電力品質(zhì)特性。輸出濾波器可以以多種不同方式進(jìn)行布 置，包括這里所示的這個(gè)示例性方式。根據(jù)這一特定的實(shí)施例，輸出濾波器28包括電壓調(diào) 制衰減器78，該電壓調(diào)制衰減器78具有電容器82、電感器84、反向二極管86和多個(gè)正向二 極管88至92，它們一起可減少DC電力輸出端子上的電壓瞬變。盡管圖1所示的電壓調(diào)制 衰減器78通常與DC電力輸出裝置14的負(fù)極端子相連，然而電壓調(diào)制衰減器也可以與DC電力輸出裝置的正極端子相連、與DC電力輸出裝置的正極和負(fù)極端子兩者相連、或者與飛 行器電源10的一些其他組件相連。優(yōu)選地，電壓調(diào)制衰減器被連接在整流器網(wǎng)絡(luò)24、26的 輸出側(cè)上以及DC電源14的輸入側(cè)上；然而這并不是必須的。此外，電壓調(diào)制衰減器78可 以結(jié)合例如2009年10月28日遞交的申請?zhí)枮?2/607，090的美國專利中公開的閉環(huán)變壓 器控制系統(tǒng)的飛行器電源的主動(actively)受控特性來使用；上述專利申請的全部內(nèi)容 通過參考被合并于此。電容器82連接在DC電力輸出裝置14的正極端子和負(fù)極端子之間，可并且可以具 有任何合適的電容值、例如3mF。電感器84與DC電力輸出裝置14的負(fù)極端子串聯(lián)連接， 并表現(xiàn)出合適的電感特性和電阻特性；在一個(gè)例子中，電感器84具有介于40 y H至60 y H 的電感，并具有約2mQ的電阻值。當(dāng)然，具有其他電感和電阻值的電感器也是可以應(yīng)用的。 根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，電壓調(diào)制衰減器78包括在電流反向方向上與電感器84并聯(lián)連接的唯一 的反向二極管86、和三個(gè)在電流正向方向上與電感器84并聯(lián)連接的正向二極管88至92。 二極管88至92應(yīng)該具有足夠高的額定電流以承受預(yù)期的運(yùn)行環(huán)境，并且，在一個(gè)例子中， 二極管88至92是硅或肖特基二極管，其中每個(gè)二極管具有80安培的額定電流。其他的電 容器/電感器/ 二極管布置也可以被應(yīng)用，包括用更少或者更多數(shù)目組件的布置。例如，電 壓調(diào)制衰減器78可以包括一個(gè)唯一的在正向上二極管，該唯一的二極管被設(shè)計(jì)用于處理 大量的電流。對于正向和反向方向使用不同類型的二極管也是可以的，其中這些類型的二 極管具有不同的正向壓降。可以特定地進(jìn)行對這些二極管類型和壓降的選擇，以便改善電 力品質(zhì)特性、如波紋電壓。輸出濾波器28和/或電壓調(diào)制衰減器78還可以包含與電容器 82并聯(lián)連接的泄漏電阻器(例如，40歐，25瓦的電阻器)，該泄漏電阻器在無負(fù)載或低負(fù)載 條件上對DC電力輸出進(jìn)行限制。在圖1所示的實(shí)施例中，風(fēng)扇電動機(jī)90可用于對電路組件進(jìn)行冷卻，插座98 (如 MS3102R-20-17P)也可以被提供，以及例如DC電力輸出裝置14可以包括接線端子板或與接 線端子板相連接。應(yīng)當(dāng)理解的是，如圖1所示的飛行器電源只是一個(gè)示例性實(shí)施例，并且電 壓調(diào)制衰減器78可以與其他合適的飛行器電源一同使用，并不局限在這一特定實(shí)施例中。在運(yùn)行中，飛行器電源10為該飛行器提供顯示出改善的電力品質(zhì)特性的DC電力， 所述改善的電力品質(zhì)特性包括電壓瞬變的減少。根據(jù)這里所示的該特定實(shí)施例，電壓調(diào)制 衰減器78使用無源布置——即電容器/電感器/ 二極管的組合，以減少或減輕DC電力輸出 中的尖峰或電壓瞬變。熟練的技術(shù)人員會理解多種不同的來源可造成在DC電力中的電壓 瞬變，所述多種不同的來源包括系統(tǒng)輸入側(cè)(例如飛行器發(fā)電機(jī)、傳輸線、電力轉(zhuǎn)換器等) 上的來源、以及輸出側(cè)上的來源(例如，由于不同的電裝置部分的需要而引起的、負(fù)載上的 顯著改變)。示例性的電壓調(diào)制衰減器78很適用于處理低至高、以及高至低的電壓瞬變，這 些電壓瞬變由來自DC電力輸出裝置14的電流浪涌所引起。例如，某種軍用硬件的運(yùn)行可 能導(dǎo)致可影響飛行器上的其他組件的、在DC電力輸出中的顯著的電流浪涌或脈沖負(fù)載。電 壓調(diào)制衰減器78能夠通過減少或減輕所合成的電壓瞬變來改善飛行器電源10的電力品質(zhì) 特性，并且能夠這樣做而無需通過附加的故障模式而降低可靠性。關(guān)于圖2A、2B，示出了圖表100、200，這些圖表100、200說明了兩個(gè)獨(dú)立的飛行器 DC電源的性能。在圖2A中，圖表100包括現(xiàn)有技術(shù)的飛行器電源的電流波形102和電壓 波形104 ；在圖2B中，圖表200包括具有電壓調(diào)制衰減器78的飛行器電源10的電流波形202和電壓波形204。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的一樣，現(xiàn)有技術(shù)的飛行器電源可以包括傳 統(tǒng)的無源濾波器網(wǎng)絡(luò)和與DC電壓輸出裝置的負(fù)極端子串聯(lián)連接的唯一的電感器。盡管這 些電路類型可能適合于減少波紋電壓，但它們能夠更加容易受到由DC電力輸出上的動態(tài) 負(fù)載所引起的高的以及低的電壓瞬變的影響。轉(zhuǎn)向圖2A，電流波形102從50安培波動到約190安培，擺幅約140安培。當(dāng)電 流快速上升時(shí)，例如在上升沿110，在電壓波形104中會發(fā)生相應(yīng)的電壓跌落(voltage dip)112。電流的變化越大(即di/dt越大)，跨在串聯(lián)連接于DC電力輸出裝置14中電感 器上的合成壓降就越大。當(dāng)電流在下降沿120下降時(shí)，類似但卻相反的現(xiàn)象就會發(fā)生，這反 過來會導(dǎo)致電壓波形104中相應(yīng)的電壓尖峰122。熟練的技術(shù)人員會理解這種極端的電 壓瞬變或波動可能對與DC電源相連的設(shè)備和硬件是有害的。對比圖表100和圖表200，可以看出的是電壓調(diào)制衰減器78極大地降低或減輕 了電壓波形204的波動。例如，電流波形202中的上升沿210與電流波形102中的上升沿 110相似；然而，與約為10v的電壓跌落112相比，這僅僅導(dǎo)致約2v的電壓跌落212。類似 地，下降沿220引起的電壓尖峰222比下降沿120引起的電壓尖峰小得多。雖然不希望被 任何特定理論所約束，但對于電壓瞬變的這種顯著減小的一個(gè)解釋是電壓調(diào)制衰減器78 元件的組合和布置。當(dāng)DC電源上的設(shè)備突然需求更多的能量時(shí)，通過電感器84的電流驟 增并且跨該電感器產(chǎn)生相應(yīng)的壓降?？缭撾姼衅鞯膲航禐槎O管88-92提供了所需的導(dǎo)通 電壓(取決于二極管的特定類型，其典型地為0.2v-0.7v，)。一旦與電感器84并聯(lián)連接的 二極管88-92以適當(dāng)?shù)膶?dǎo)通電壓被偏置，則它們可以在正向偏置條件下運(yùn)行并且允許電流 流過。此時(shí)，顯著大量流過DC電力輸出裝置14的負(fù)極端子的總電流會從電感器84被轉(zhuǎn)移 到二極管88-92。由于電流的變化(即di/dt)穩(wěn)定下來并且返回到更加穩(wěn)定的狀態(tài)、如波 形202的平直部分224中，因此跨電感器84的壓降被減小到低于導(dǎo)通電壓，并且電流從二 極管88-92回到該電感器。除了在降低電壓瞬變方面的改善，電壓調(diào)制衰減器78還可以提供更加干凈并且 更加理想的電流方波。換句話說，現(xiàn)有技術(shù)中飛行器電源系統(tǒng)的電流波形102在上升沿110 和下降沿120兩者中都具有過渡點(diǎn)130。這些過渡點(diǎn)可能導(dǎo)致不太理想的電流方波并且增 加信號的上升和下降時(shí)間。飛行器電源10的電流波形202，雖然并不一定是完美的方波，卻 沒有顯示出相同的過渡點(diǎn)。通過采用電壓調(diào)制衰減器78也可以享有其他的優(yōu)點(diǎn)，如改善的 波紋電壓和電壓變動率等等。應(yīng)該理解的是前述的電力品質(zhì)特性僅僅是飛行器電系統(tǒng)可 表現(xiàn)的恰當(dāng)?shù)奶匦曰蚱焚|(zhì)中的一些。許多其它的特性和運(yùn)行參數(shù)同樣可以用來測量或估量 飛行器電系統(tǒng)的AC或DC輸出。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，當(dāng)采用高安培數(shù)的飛行器電源、例如240安培DC電源時(shí)， 電壓調(diào)制衰減器78與DC電力輸出裝置14的負(fù)極端子連接。當(dāng)采用低安培數(shù)的飛行器電 源、例如50安培型的飛行器電源時(shí)，電壓調(diào)制衰減器78與DC電力輸出裝置14的正極端子 連接。當(dāng)然，這些僅僅是一些可能，因?yàn)槠渌牟贾卯?dāng)然是可能的?？梢岳斫獾氖巧鲜鰞?nèi)容是對本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選示例性實(shí)施例的說明。本 發(fā)明并不限于這里所描述的一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施例，而是在下面唯一地通過權(quán)利要求來限 定。此外，前述說明書中所包含的描述涉及特定的實(shí)施例而不構(gòu)成對本發(fā)明范圍或權(quán)利要 求中采用的術(shù)語的定義的限制，除非其中的術(shù)語或短語是上面明確定義的。對于所公開實(shí)施例的各種其他實(shí)施例和各種的改變和改進(jìn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講將變得顯而易見。所 有這樣的其他實(shí)施例、改變和改進(jìn)都被確定為進(jìn)入所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
如在說明書和權(quán)利要求書中所使用的一樣，當(dāng)與一個(gè)或多個(gè)組件或其他項(xiàng)目的列 舉結(jié)合使用時(shí)，術(shù)語“例如”、“舉例”、“如”和“諸如”、以及動詞“包含”、“具有”、“包括”，和 它們的其他動詞形式，都構(gòu)成為開放式的，這意味著所列舉的并不認(rèn)為是排除其他的、附加 的組件或項(xiàng)目。其他的術(shù)語解釋為采用它們最廣義的合理含義，除非其被用在需要不同解 釋的語境中。
權(quán)利要求
一種飛行器電源，包括DC電力輸出裝置；和與該DC電力輸出裝置的至少一個(gè)端子耦合的電壓調(diào)制衰減器，所述電壓調(diào)制衰減器具有至少一個(gè)電感器和至少一個(gè)并聯(lián)連接的二極管。
2.如權(quán)利要求1所述的飛行器電源，其進(jìn)一步包括變壓器和整流器電路，其中所述變 壓器包括與所述整流器電路連接的次級線圈，并且其中所述整流器電路經(jīng)由所述電壓調(diào)制 衰減器與所述DC電力輸出裝置連接。
3.如權(quán)利要求2所述的飛行器電源，其中所述變壓器進(jìn)一步包括第二次級線圈和第二 整流器電路，其中所述第二次級線圈與所述第二整流器電路連接，并且其中所述第二整流 器電路經(jīng)由所述電壓調(diào)制衰減器與所述DC電力輸出裝置連接。
4.如權(quán)利要求3所述的飛行器電源，其中所述變壓器是三相變壓器。
5.如權(quán)利要求4所述的飛行器電源，其中所述變壓器包括以Y型結(jié)構(gòu)連接的初級線圈， 并且所述次級線圈以delta-Y型結(jié)構(gòu)被連接。
6.如權(quán)利要求2所述的飛行器電源，其中所述二極管包括在電流反向方向上、以并聯(lián) 方式跨接在所述電感器上的第一二極管，并且其中所述電壓調(diào)制衰減器包括在電流正向方 向上、以并聯(lián)方式跨接在所述電感器上的第二二極管。
7.如權(quán)利要求6所述的飛行器電源，其中所述電壓調(diào)制衰減器包括多個(gè)在電流正向方 向上、以并聯(lián)方式跨接在所述電感器上的二極管。
8.如權(quán)利要求1所述的飛行器電源，其中所述二極管包括在電流反向方向上、以并聯(lián) 方式跨接在所述電感器上的第一二極管，并且其中所述電壓調(diào)制衰減器包括在電流正向方 向上、以并聯(lián)方式跨接在所述電感器上的第二二極管。
9.如權(quán)利要求8所述的飛行器電源，其中所述電壓調(diào)制衰減器包括多個(gè)在電流正向方 向上、以并聯(lián)方式跨接在所述電感器上的二極管。
10.如權(quán)利要求9所述的飛行器電源，其進(jìn)一步包括跨接在所述DC電力輸出裝置上的 電容器。
11.如權(quán)利要求8所述的飛行器電源，其中所述電壓調(diào)制衰減器與所述DC電力輸出裝 置的負(fù)極端子串聯(lián)連接。
12.如權(quán)利要求1所述的飛行器電源，其中所述電壓調(diào)制衰減器僅包括無源元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種飛行器電源及運(yùn)行該飛行器電源的方法。為飛行器提供了具有改善的電力品質(zhì)特性的DC電力的飛行器電源。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該飛行器電源包括輸入濾波器、逐步降低式變壓器、一個(gè)或多個(gè)整流器網(wǎng)絡(luò)、以及帶有用于以無源的方式改善電力品質(zhì)特性的電壓調(diào)制衰減器的輸出濾波器。所述電壓調(diào)制衰減器可利用的電感器、電容器和二極管的特定布置來減少飛行器電源中的電壓瞬變。
文檔編號H02M1/14GK101826809SQ201010121559
公開日2010年9月8日 申請日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月7日
發(fā)明者J·D·科廷漢, S·J·肯平斯基 申請人:勝利航空公司