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摘要:機載電子設備綜合化程度越來越高，對供電系統可靠性和安全性要求也提出了很高的要求。給出一種余度供電設計方案，采用外部及用電LＲM模塊兩級余度供電輸入設計，通過智能電源管理對供電系統進行重構管理、故障監測、故障隔離，可實現機載設備供電系統一次故障工作、二次故障安全的要求。驗證結果表明，設計能夠大幅提高綜合化機載電子設備供電系統的可靠性、安全性及可用性。

關鍵詞:機載電子設備;供電系統可靠性和安全性;余度供電;智能電源管理

電子技術高速發展，電子系統的應用領域越來越廣泛，電子設備的種類也越來越多。新一代飛機機載電子設備的小型化、綜合化設計已成為趨勢。隨著機載設備綜合化程度的提高，所承擔的任務數量及其重要性也越來越高，系統中電源設計已不再僅僅是滿足系統供電需求的單一功能單元，供電可靠性和安全性對于機載設備完成飛機任務有著至關重要的作用［1］。余度設計是非常重要的設計方法，該方法可有效提高機載產品的可靠性和安全性，實現產品一次故障工作，二次故障安全等要求［2］。本文結合某項目綜合模塊化航電處理平臺，提出一種雙余度智能供電方案設計，采用智能電源管理，能夠在發生供電、用電故障時，實現故障的檢測和隔離，防止故障蔓延，維持系統功能性能，為機載電子設備安全可靠工作提供堅實的保障。

1系統供電方案設計

綜合模塊化航電處理平臺系統供電網絡如圖1所示，采用2塊電源模塊(PSM)并聯設計，完成機上供電到內部LＲM模塊用電的功率轉換。飛機通過2根270VDC電源匯流條向綜合模塊化航電處理平臺提供270VDC電源，2路270VDC輸入電源并聯后，經過同一套濾波電路分別向2塊PSM模塊提供270VDC。當發生1路外部供電線路或供電設備故障時，另一路270VDC輸入電源可為系統正常工作提供供電電源。系統內部2塊PSM模塊采用1+1余度供電設計，一旦某一電源發生故障，另一電源能獨立承擔對所有LＲM模塊供電的能力。經過濾波的270VDC電源同時輸入到2塊PSM模塊，每個PSM模塊獨立輸出轉換后的28VDC給用電LＲM模塊，用電LＲM模塊設計為2路外部并聯供電輸入，采用均流的方式進行工作。當發生1塊電源模塊故障導致輸出28VDC故障、或用電LＲM模塊1路供電輸入接口故障時，雙余度電源模塊設計及雙余度供電輸入接口設計均可保證系統一次故障情況下正常工作。

2智能電源管理

系統中設計有系統控制器模塊，負責整個系統電源管理，電源模塊通過對用電設備及自身工作狀態監控，接收系統控制器命令完成電源管理，這就要求電源模塊不僅僅是簡單的功率轉換輸出，而是對輸入輸出增加了監測和控制，同時實現與系統控制器的通信交互，能夠智能的對輸入和輸出進行管控。電源模塊功能框圖如圖2所示。圖2電源模塊功能框圖

2．1智能電源監測

智能電源監測是實現智能電源管理的基礎，以電源監測結果為輸入，智能電源管理系統才能完成綜合模塊化航電處理平臺的智能電源管理。智能電源監測主要通過電源模塊完成對輸入供電電源監測、輸出供電電源監測、電源模塊溫度監測等［3］。輸入供電電源監測主要是對輸入到綜合模塊化航電處理平臺的外部電源狀態進行監測，PSM模塊需要對2路外部輸入進行監測，從圖1可以看出，由于濾波器后端270V接有儲能電容，當外部輸入變化時，在電容器上檢測270V電壓會存在電壓緩慢變化而不能線性反應輸入電壓的瞬變，監測失去意義，所以輸入供電電源采樣點設計到外部輸入前端，這樣可以快速地監測到外部電源故障，當外部電壓出現過高或過低時，PSM模塊將發出告警信號，通知其他LＲM模塊保存現場，然后在系統控制器的控制下按照預定配置進行供電管理。輸出供電電源監測主要是監測流過各LＲM模塊的電流，根據電流大小產生電壓模擬信號，提供給智能管理組件進行模擬量監測，以監控每個LＲM的工作狀態。當出現監測結果超出設定閾值范圍時，判斷LＲM模塊是否出現用電故障，采取關閉或重啟等措施進行保護。電源模塊溫度監測功能是對電源模塊內部工作溫度進行監控，電源模塊內部設計有溫度傳感器，智能管理組件周期性地采集模塊內部溫度，使用溫度來對電源模塊工作異常情況進行預判，結合電源模塊BIT檢測，輸入電源、輸出電源工作情況等進行綜合判斷，以決定電源模塊是否工作正常。

2．2電源管理系統

綜合模塊化航電處理平臺中有2塊PSM，PSM采用1+1并聯余度工作方式給每個LＲM獨立供電。PSM采用智能電源設計，接收系統控制器控制命令完成電源管理功能，電源管理系統設計如圖3所示，工作原理如下:1)綜合模塊化航電處理平臺設計有2塊系統控制器模塊，在同一時刻只能有1塊系統控制器可以成為主控制器;當模塊為主控制器時，該模塊控制接口的發送功能，可對外發送電源控制命令;當模塊為非主控制器時，禁止模塊控制接口的發送功能，僅能接收PSM返回的狀態信息。2)2塊PSM模塊同時接收系統控制器發送的電源管理命令。3)PSM根據系統控制器的指令進行應答或執行相應的控制操作。圖3電源管理系統互聯框圖PSM模塊在完成硬件初始化及上電BIT后，周期性地運行電源管理程序，首先對電源模塊工作信息進行采集，包括輸入供電狀態、各通道輸出狀態、內部工作溫度等，之后查詢通信接口接收到的電源管理命令，并執行相應的操作。

2．3電源工作模式

在初始上電時，每個PSM模塊上都固化有初始電源輸出配置表，PSM完成上電BIT后，根據該配置表輸出相應28VDC通道。運行過程中如果需要改變系統的加電配置，由系統控制器通過控制總線接口向PSM發送命令消息，PSM根據命令關閉/打開相應28VDC輸出。考慮到電源模塊需支持多種系統工作模式，可設置多種開關配置表，如初始化模式配置表、正常工作模式配置表、應急工作模式配置表等。當系統工作模式發生變化時，不需要對每個模塊進行單獨控制，只需要按照對應工作模式切換到需要的開關配置表。這樣的設計不僅易于管理，同時易于維護，并且可以直觀的進行配置狀態的檢查和校驗，避免錯誤發生［4］。開關配置表可在地面維護狀態時，通過維護工具生成并固化到電源模塊中。產品在運行過程中不可避免的會出現一些異常情況，這些異常情況可能不會被包含在預先定義的工作模式中，這時需要定義一些故障控制策略，當檢測到故障發生后，進入相應的故障處理程序進行處理。例如當發生電源模塊超溫故障，此時應將超溫信息上報系統控制器，由系統控制器根據當前工作模式、執行任務狀態及重要程度等決定是否進行關閉操作或維持現狀等操作;當檢測到某模塊供電出現過流現象時，電源模塊應主動關閉該路供電開關，并將故障信息及處理措施上報系統控制器。

3結束語

本文通過某綜合模塊化航電處理平臺供電方案設計，介紹了一種機載電子設備雙余度智能供電方案。整個系統的供電從余度供電輸入、余度供電轉換、余度供電輸出及余度用電接口等幾個方面進行了余度設計，電源智能管理通過指定工作模式下的配置表切換及異常故障模式下的故障處理來進行系統重構、故障監控、故障隔離，目前已在機上進行了充分驗證，能夠大幅度提高整個系統用電的可靠性、安全性及可用性，可為機載電子產品供電方案選取和設計提供較大的工程實用價值。

參考文獻:

［1］李波，尚雅慧，孟文杰，等．某型直升機電傳飛控系統多余度供電方案設計研究［J］．直升機技術，2016(1):37－44．

［2］孟穎悟．新型機載計算機電源架構的研究［J］．航空計算技術，2007，37(5):63－65．

［3］俞大磊，周勇，董凱．綜合化核心處理平臺智能電源管理技術［J］．信息通信，2017(4):291－292．

［4］千鴻哲，董凱，韓春陽．機載智能電源管理系統軟件設計與實現［J］．信息通信，2016(3):119－120.

作者：何立軍 馬小博 張利洲 單位：航空工業西安航空計算技術研究所