民用飞机配电单元概述及其功耗分析

【前言】民用飞机配电单元概述及其功耗分析由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。飞机配电系统是现在民用飞机系统的一个重要组成部分，对于保证机载设备可靠工作、保障飞机安全飞行起着关键作用[2]。电源分配功能，是指电源系统将交直流电源产生的电能分配至用电设备输入端，以支持用电设备的正常运行。 常规的配电系统采用继电器，接触器及断路器等...

【摘 要】纵观现今民用飞机的发展及现状可以发现，飞机的用电负载越来越多，对用电量的需求也越来越大。这一现状除了对发电系统提出了更高的要求，对于配电系统也是一个挑战。传统的常规配电系统已无法满足增长的负载数量以及增大的配电需求，因此对于新型配电方式的研究十分必要。本文介绍了一种新型的自动远程配电系统，阐述了其特性及架构，同时也通过分析给出了其关键部件功耗的简要计算方式。

【关键词】民用飞机；配电系统；固态功率控制器；配电单元；功率损耗

0 概述

飞机电气系统是现代飞机的一个重要组成部分，它由供电系统和用电设备组成。其中，供电系统又可以分为电源系统和输配电系统两大部分[1]。随着民用飞机的发展可以发现，飞机的用电负载数量增加，对用电量的需求也越来越大。这一现状除了对发电系统提出了更高的要求，对于传统的配电系统也是一个挑战。一种更高效，更可控的配电模式是大势所趋的。本文基于传统的民用飞机配电系统，介绍了一种新型的自动远程配电系统，主要阐述了其特性及架构，同时也通过分析给出了其关键部件功耗的简要计算方式。

1 民用飞机配电系统简介

飞机配电系统是现在民用飞机系统的一个重要组成部分，对于保证机载设备可靠工作、保障飞机安全飞行起着关键作用[2]。电源分配功能，是指电源系统将交直流电源产生的电能分配至用电设备输入端，以支持用电设备的正常运行。

常规的配电系统采用继电器，接触器及断路器等配电设备，配电线缆的敷设是从汇流条到驾驶舱的。通过驾驶舱的控制开关控制用电负载。这种配电方式较适合小型飞机。对于大型的民用飞机，若采用传统的配电方式，会导致配电线缆的重量增加明显。

2 配电单元（PDU）

2.1 配电单元（PDU， Power Distribution Unit）概念及其硬件构型

随着民用飞机的不断发展，对于独立控制的用电负载的需求量也因此增大，配电单元的概念随之出现。通过计算机软件、飞机本地网络及固态功率控制器的结合，形成了一个具有独立性的配电单元（PDU）。这些配电单元分散在飞机中的不同位置，他们各自临近其配电的目标负载群组。这种配电方式减轻了线缆重量，能够更好地保护过流及电弧故障现象，断路器的状态与指示也是通过软件实现控制。

每一个配电单元（PDU）包括了n个带有固态功率控制器（SSPC， Solid State Power Controller）的AC和/或DC功率模块（PM， Power Module）。系统的控制器发出指令，通过控制相应SSPC的通断以实现对于电气负载的切断与加载。

配电单元（PDU）的构架如图1所示。

2.2 配电单元（PDU）的限制

配电单元（PDU）的分布及数量也受到如系统设备总重量，电源与负载间距离，负载卸载模式及逻辑，系统硬件的限制等诸多的影响与限制。

参考图1可以看出，对于配电单元（PDU）本身，其主要的限制因素来源于交直流输入端馈电电流的限制（28V直流汇流条及115V交流汇流条端），固态功率控制器（SSPC）原件功耗的限制（功率模块1到n中）以及内部功率控制耗散的限制（各个模块与数据及构型控制总线之间）。为了进一步研究与了解配电模块，下文将对其主要的功耗加以简要的分析。

3 配电单元（PDU）功耗

3.1 固态功率控制器（SSPC）架构

固态功率控制器（SSPC）是一种“无触点”开关。采用电力MOSFET作为软开关[3]。它取代了陈贵配电系统中的继电器，断路器等器件。其优势是响应快，电磁干扰小，可靠性高，寿命长，便于计算及远程控制等。一个SSPC的基本结构如图2所示。

由于其导通阻抗Ron的存在，在一个较高的环境温度下，大电流将造成显著的功率耗散。在高功耗的情况下，半导体的结温将会急剧上升，最终将导致器件永久性的损坏。因此，SSPC以及所有其他的半导体设备在设计时均有一个与最高工作温度相关的功耗限制。

3.2 配电单元（PDU）功耗定义

考虑到上述功率模块中包含了多个SSPC通道，那么每个PDU也有其对应的功耗限制。

对于一个PDU来说，他的总功耗包括了每一个功率模块的功耗，即为每一个功率模块中的SSPC产生的功耗RonI2与控制功率损耗的总和。各参数定义如下：

一个SSPC的控制功率：

功率模块的控制功率：

3.3 配电单元总功耗计算

基于上述参数设定，一个PDU的总功耗应为供电系统（PSS， Power Supply System）的功耗与所有的n个功率模块的功耗之和：

其中，供电功率损耗包括了：处理器功率、供电效率以及控制开关功率损失。

4 结论

基于上述阐述可以看出，与传统的配电系统相比，配电单元（PDU）在配电系统的应用将简化配电过程，优化配电模式，提高配电效率，增强了配电系统的可控性，这使得其在民用飞机，尤其是大型民用飞机中具有很好的应用前景。基于耗散分析，后续也可对配电模式进行进一步地优化。

【参考文献】

[1]周洁敏.飞机电气系统.科学出版社，2010.

[2]冯建朝，任仁良，赵尊全.民用飞机配电系统的研究.测控技术，2012年第31卷第12期.

[3]Dave Proli.Overcoming Power Challenges With Power Distribution.Power Electronics Technology May 31 2012.

[4]林文，牛云，等.w机配电系统中交流模拟固态功率控制器设计.计测技术 2005年第25卷第4期.

[5]D. Izquierdo， R. Azcona etc. Electrical Power Distribution Architecture for All Electric Aircraft. International Congress of the Aeronautical Science ICAS 2010.