机载计算机电源系统技术方案

本发明专利技术提供的机载计算机电源系统包括电源变换模块、开关阵列、电源管理模块以及计算机电子模块；计算机电子模块上置有二次电源变换组件以及多个电压调节组件；电源变换模块为电源转换单元分布在集成机架上，实现高压输入到稳定的４８Ｖ中间母线电压的功率变换，通过开关阵列与分布在各计算机电子模块模块上的二次电源变换组件相连接，实现对各计算机电子模块进行供电；各计算机电子模块经二次电源变换组件变换成５Ｖ的直流电压，经分布在各计算机电子模块上的负载旁的电压调节组件，实现对负载的供电。解决了现有电源可靠性差的技术问题，具有可靠性高，易于维护等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机领域，具体涉及一种机载计算机电源系统。
技术介绍
目前，航空电子系统中的计算机高度综合化，和机载电子设备不断增加，需要能够 实现智能化管理的更加高效、可靠的电源系统。该项目国内相关机载产品厂所尚未开展，国 外新一代飞机航电综合处理机已采用此项技术。随着战斗机供电方式的改变、以及机载设 备高度综合化程度的提高，高密度、高可靠电源系统将成为综合核心处理机应用的关键部 分，分布式电源系统便应运而生，它具有输出功率可扩展性、使设计灵活、高可靠性、设计标 准化、易于维护等优点。尤其是对其关键技术电源系统的智能管理的研究，将很好地满足新 一代飞机综合核心处理机对其电源的需求。
技术实现思路
为了解决现有电源满足不了现有飞机综合核心处理机的需求技术问题，本专利技术提 供一种机载计算机电源系统。 本专利技术提供的智能分布式电源系统包括电源变换模块(PCM)、开关阵列(PSA)、电 源管理模块(PMS)以及计算机电子模块(LRM);所述计算机电子模块(LRM)上置有二次电 源变换组件(PCE)以及多个电压调节组件(VRM);所述电源变换模块(PCM)为电源转换单 元分布在集成机架上，实现高压输入到稳定的48V中间母线电压的功率变换，通过开关阵 列(PSA)与分布在各计算机电子模块(LRM)模块上的二次电源变换组件(PCE)相连接，实 现对各计算机电子模块(LRM)进行供电；各计算机电子模块(LRM)经二次电源变换组件 (PCE)变换成5V的直流电压，经分布在各计算机电子模块(LRM)上的负载(IC)旁的电压调 节组件(VRM)，实现对负载的供电。 上述开关阵列(PSA)为带电荷泵的可控大功率开关。 上述电源变换模块(PCM)采用标准的LRM结构分布在计算机集成机架上。 上述二次电源变换组件(PCE)采用非标准组件结构分布在计算机电子模块(LRM)上。 上述电压调节组件(VRM)采用非标准组件结构分布在计算机电子模块(LRM)上的 负载(IC)旁。 实施本专利技术的机载计算机电源系统，具有以下有益效果 智能管理电源技术应能实时监控计算机供电运行状态，进行故障隔离和控制机架 中电源的分配重构以及应急供电的配置，实现计算机电源余度供电、故障监控和隔离、加电 顺序控制的智能化管理目标。附图说明 图1为本专利技术智能分布式电源系统3 图2为本专利技术中电源变换模块的原理框图； 图3为本专利技术中电源管理模块软件的主程序流程图； 图4为本专利技术中电源管理模块软件中中断服务子程序流程图； 图5为本专利技术中电源管理模块软件中通讯子程序流程图； 图6为本专利技术中AUXPS电磁滤波的原理图。具体实施例方式参见图l，智能分布式电源系统由一次电源变换模块(PCM)、开关阵列(PSA)、电源 管理模块(PMS)、若干个放置在计算机电子模块(LRM)上的二次电源变换组件(PCE)以及多 个电压调节组件(VRM)组成。 —次电源变换模块(PCM)采用标准的LRM结构(长233mm，宽160mm，厚50mm)，分布在计算机集成机架上。 二次电源组件(PCE)采用非标准组件结构，分布在计算机电子模块(LRM)上。 电压调节组件(VRM)采用非标准组件结构，分布在LRM上的负载(IC)旁。 270V高压直流经过电源变换模块(PCM)变换，输出稳定的48V直流电压，经过PSA 控制给所有机架中的LRM模块提供余度供电，应急输入的48V与电源变换模块(PCM)变换 后的48V直流电压一起给机架中关键的计算机电子模块(LRM)供电，以提高关键模块的任 务可靠性。每一个计算机电子模块(LRM)上经过二次电源变换组件(PCE)变换产生5V输 出的直流电压，再经过电压调节组件(VRM)就近变换产生芯片所需的1.2V、1.8V及2. 5V等 低压大电流输出，减少由于线缆传输造成的电压波动。 电源变换模块(PCM)采用并联冗余结构来提高系统的可靠性，即采用3+1个电源 模块以并联方式对计算机系统供电，图1中仅画出了由一组2个电源变换模块(PCM)组成 的智能分布式电源架构，各电源模块平均分担系统的功率容量，而一旦其中某个模块出现 故障问题而停止供电时，备用模块能自动加以接替，或是余下的模块分担故障模块原先承 担的负载电流，整个电源系统照常运行。从而有效地避免了电源子系统可能发生的任何故 障。 参见图2，电源变换模块(PCM)采用高压270V高压直流供电，并将其变换为稳定 的48V直流电压，主要由高压DC/DC变换器(PCU)、开关阵列(PSA)、电源管理系统(PMS)、 网络接口单元(FC接口 )以及辅助电源(AUXPS)构成。具有电源自测试、PCE状态监测、上 下电控制、故障隔离、负载均流等智能管理功能。开关阵列PSA由低通态电阻的功率场效应 管(MOSFET)、专用的控制驱动器组成，是电源变换模块(PCM)中用于与后级二次电源变换 组件(PCE)用电设备相连的设备，实现48V输出的通、断控制和故障隔离功能，它接受PMS 指令，完成上、下电顺序控制功能。电源管理系统(PMS)承担为分布式二次电源可靠供电的 任务，主要对高压DC/DC变换器(PCU)的输出电压以及每路二次电源变换组件(PCE)供电 进行有效的状态检测和控制，防止故障蔓延。 主要完成如下功能 1)、电源变换模块(PCM)上电，若电源自测试结果正确，管理计算机则以一组固定的动作序列去进行开关阵列的控制，在预先定义好的某几路开关上输出； 2)、管理计算机接受上一级管理单元的指令来对任意开关阵列的动作与否、动作4组合及动作顺序进行控制； 3)、对每路开关阵列的状态进行监控， 一旦开关流过的电流超出范围 (Is > IsMAX)或方向相反，管理计算机立即发出控制命令，进行开关阵列中相应的开关状 态的切换； 4)、各种动作状态、保护、报警信息和数据信息检测值能够通过网络接口与上一级 管理单元进行传输。 其中，二次电源变换组件(PCE)是将48V直流母线电压变换到中间电压(5V或 3. 3V)，具有输出过压、过流短路保护、外部可关断(on/off)功能；在此供电系统中n块PCM 采用并联冗余结构提供给各路负载，由于故障容错缘故，每个负载(PCE)至少有两路48V直 流供电输入，并且要求这两路供电输入均流，使每个模块都能有效地输出功率，使各模块处 于最佳工作状态，以保证电源系统能够稳定、可靠、高效地工作。VRM是将中间电压变换为各 个板极负载点所需的低压(2. 5V、1.8V等)大电流(最高可达20A)输出，具有外部同步、外 部可关断(on/off)功能。 下面对开关阵列单元的小型化设计技术特征解释如下 开关阵列(PSA) (Power Switch Array)主要实现48V输出通、断控制和故障隔离 功能，能实现这一功能的器件有继电器开关，有源开关，它们的性能对比如表1所示。 开关器件性能对比 继电器开关有源开关优 点不仅能实现开关而且具有隔离功能， 易控制、电路简单。开关速度快，导通电阻小(几 十mQ)、损耗小。电流容量 大，无二次击穿机理。S0-8 封装器件，有体积优势。不 足开、关动作时间长，一般在5ms 10ms，控制线圈存在反击电压尖峰， 需要消除尖峰电路。开关触点可靠性 低，体积较大。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机载计算机电源系统，其特征在于：所述系统包括电源变换模块（ＰＣＭ）、开关阵列（ＰＳＡ）、电源管理模块（ＰＭＳ）以及计算机电子模块（ＬＲＭ）；所述计算机电子模块（ＬＲＭ）上置有二次电源变换组件（ＰＣＥ）以及多个电压调节组件（ＶＲＭ）；所述电源变换模块（ＰＣＭ）为电源转换单元分布在集成机架上，实现高压输入到稳定的４８Ｖ中间母线电压的功率变换，通过开关阵列（ＰＳＡ）与分布在各计算机电子模块（ＬＲＭ）模块上的二次电源变换组件（ＰＣＥ）相连接，实现对各计算机电子模块（ＬＲＭ）进行供电；各计算机电子模块（ＬＲＭ）经二次电源变换组件（ＰＣＥ）变换成５Ｖ的直流电压，经分布在各计算机电子模块（ＬＲＭ）上的负载（ＩＣ）旁的电压调节组件（ＶＲＭ），实现对负载的供电。

【技术特征摘要】
一种机载计算机电源系统，其特征在于所述系统包括电源变换模块(PCM)、开关阵列(PSA)、电源管理模块(PMS)以及计算机电子模块(LRM)；所述计算机电子模块(LRM)上置有二次电源变换组件(PCE)以及多个电压调节组件(VRM)；所述电源变换模块(PCM)为电源转换单元分布在集成机架上，实现高压输入到稳定的48V中间母线电压的功率变换，通过开关阵列(PSA)与分布在各计算机电子模块(LRM)模块上的二次电源变换组件(PCE)相连接，实现对各计算机电子模块(LRM)进行供电；各计算机电子模块(LRM)经二次电源变换组件(PCE)变换成5V的直流电压，经分布在各计算机电子模块(LRM)上的负载(IC)旁的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立萌，孟颖悟，王泉，何立军，田育新，韩敏，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司第六三一研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]