獨(dú)立備用電源供電系統(tǒng)在航空器上的應(yīng)用

李 艷，孟武勝，楊 陽，何 瀟

(西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，西安 710072)

1 引言

隨著我國改革開放的不斷深入和發(fā)展，各行各業(yè)正在發(fā)生著日新月異的變化，航空器內(nèi)部的設(shè)施也變得越來越齊全，所用的電氣設(shè)備和材料越來越新，而且對(duì)用電設(shè)備的安全性、靈活性、舒適性等方面的要求也越來越高。在航空器發(fā)生電源故障斷電時(shí)，備用電源的照明對(duì)人員疏散、消防和救援工作，保障人身安全、完成必要的操作處理或維持工作繼續(xù)進(jìn)行有著重要的作用［1］。

民用飛機(jī)獨(dú)立備用電源供電系統(tǒng)是在正常照明電源系統(tǒng)因故障不再提供正常照明的非正常情況下，為緊急出口，F(xiàn)WD 和AFT 貨艙門等報(bào)警燈信號(hào)提供電源［3］。

2 獨(dú)立電源的總體結(jié)構(gòu)

獨(dú)立備用電源供電系統(tǒng)(Autonomous Standby Power Supply Unit，簡稱ASPSU)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，分別包括計(jì)算機(jī)板組件、開關(guān)板組件、28V 轉(zhuǎn)換板組件、6V 轉(zhuǎn)換板組件和I/O 配線組件以及兩個(gè)電池組件。總體控制框圖如圖1 所示。

3 工作原理

計(jì)算機(jī)板組件包括CPU，RAM，EPROM，定時(shí)器，地址編碼，I/O 電路，看門狗等。所有數(shù)字輸入輸出信號(hào)直接被CPU 控制，模擬輸入信號(hào)被A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字輸入信號(hào)有防止擊穿和過壓保護(hù)功能。具有檢測系統(tǒng)中各種信號(hào)、顯示、保護(hù)及外部通信等功能，使用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)。功能模塊圖如圖2 所示。

開關(guān)板組件通過兩個(gè)切換開關(guān)分別連接兩個(gè)電池，功能模塊圖如圖3 所示。

28V 轉(zhuǎn)換板組件包括固態(tài)開關(guān)、DC/DC 電壓轉(zhuǎn)換器、分割線。固態(tài)開關(guān)連接飛機(jī)供電BUS3 和輸出。DC/DC 電壓轉(zhuǎn)換器將電池電壓轉(zhuǎn)換成輸出所需的28V 直流電壓。輸入電路FLT/GND 和BUS3的分割線。28VDCBUS3 總線連接插針的N 和B。由保險(xiǎn)絲保護(hù)輸入防止短路和防止穩(wěn)壓二極管擊穿［1］。功能模塊圖如圖4 所示。

圖1 控制框圖

圖2 計(jì)算機(jī)板組件的功能模塊圖

圖3 開關(guān)板組件的功能模塊圖

圖4 28V 轉(zhuǎn)換板組件的功能模塊圖

6V 轉(zhuǎn)換板組件包括兩個(gè)DC/DC 轉(zhuǎn)換器。一個(gè)DC/DC 轉(zhuǎn)換器提供電池充電所需的6V 電壓。另一個(gè)DC/DC 轉(zhuǎn)換器由保險(xiǎn)絲保護(hù)，將28V 輸入的P28VFG 變 成 內(nèi) 部 提 供的 12V 和 6V 電 壓。28VDCFLT/GND 總線連接插針的P 和T。由保險(xiǎn)絲保護(hù)輸入防止短路和防止穩(wěn)壓二極管擊穿。功能模塊圖如圖5 所示。

4 運(yùn)行模式

運(yùn)行模式分為三個(gè):初始模式、工作模式、測試模式。

系統(tǒng)與電源連接后進(jìn)入初始模式。

工作模式又分為有無供給模式、電池管理模式、睡眠模式和備份模式。有無供給模式是指28VDCBUS3 總線電壓是否可用，當(dāng)不可用時(shí)是無供給模式，而當(dāng)28VDCBUS3 總線可用時(shí)，輸出電壓總是由其提供，其他輸入28VDCFLT/GND 和差動(dòng)壓力開關(guān)輸入(Differential Pressure Switch Input，簡稱DPSI)不影響。當(dāng)28VDCFLT/GND 和DPSI 輸入關(guān)閉時(shí)，開關(guān)會(huì)打向睡眠模式，以節(jié)約電池能量，將消耗量減到最小。

測試模式分為BIT 自檢測和電池容量測試。BIT 自檢測模式包括檢測系統(tǒng)的內(nèi)部功能，測試完成時(shí)，其結(jié)果會(huì)在外殼上顯示。

電池容量測試包括完全放電循環(huán)、容量分析、充電循環(huán)。如果電池溫度低于20℃，則在放電開始之前要加熱，放電是通過在繼承板上的兩個(gè)高負(fù)載電阻，大約1 小時(shí)。充電需要三步(第一步是10A，第二步是2.5A，第三步是1.25A)，大約一小時(shí)后充電完成時(shí)電池1的綠色指示燈亮，然后電池2 開始充電［3］。

圖5 6V 轉(zhuǎn)換板組件的功能模塊圖

5 BIT 自檢測

設(shè)備自檢測包括3個(gè)程序:啟動(dòng)自檢測(SBIT)、初始自檢測(IBIT)和連續(xù)自檢測(CBIT)。SBIT 程序在電源打開后ASPSU 系統(tǒng)完成測試，如果發(fā)生故障，殼體上的“UNIT FAULT”指示燈會(huì)顯示紅色且進(jìn)入故障模式運(yùn)行。IBIT 程序包括檢測系統(tǒng)的LED、定時(shí)器、RAM、ROM、A/D 轉(zhuǎn)換、28V 直流、電池、DC/DC 轉(zhuǎn)換、輸出、電壓開關(guān)、組件功能等測試，測試完成時(shí)，其結(jié)果會(huì)用5 紅5 綠燈顯示在外殼上。CBIT 程序連續(xù)監(jiān)測DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸出和負(fù)載輸出的電流［5］。

圖6 CBIT 程序負(fù)載測試的流程圖

6 RS232 總線

RS232 系列總線用于獨(dú)立備用電源供電系統(tǒng)ASPSU(Autonomous Standby Power Supply Unit)和編碼解碼器DEU(Decoder Encoder Unit)之間的數(shù)據(jù)傳輸。RS232 串行通信電路采用MAX232為串行通信芯片，可用于實(shí)現(xiàn)PC 機(jī)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。

圖7 RS232 與PC 機(jī)之間的電路連接

7 結(jié)束語

以上是對(duì)獨(dú)立備用電源供電系統(tǒng)的說明和介紹。獨(dú)立備用電源供電系統(tǒng)在航空器發(fā)生電源故障斷電時(shí)對(duì)于人員的疏散有著重要的作用。我們研究人員要嚴(yán)格執(zhí)行好國家的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在滿足實(shí)際工作需要的同時(shí)，多留意身邊電氣安全方面的知識(shí)。為保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，我們要在實(shí)踐中不斷提高自己的專業(yè)素質(zhì)和工作能力［4］。

［1］毛翊.一種新型的應(yīng)急電源系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.煤炭工程，2004(10):53－56.

［2］楊善水，劉祥，嚴(yán)仰光.飛機(jī)電源系統(tǒng)BIT 技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展［J］.南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，1998(5):14－18.

［3］Hamilton Sundstrand.Component Maintenance Manual［S］.CMM33－ 51－ 11，Autonomous Standby Power Supply Unit，dated Jul 27th，1999.

［4］常國霞.淺談應(yīng)急電源［J］.山西焦煤科技，2007(10):21－24.

［5］Hamilton Sundstrand.Component Maintenance Manual［S］.CMM33－51－12，EMERGENCY POWER SUPPLY UNIT，dated Oct 27th，2005