專利名稱：機載計算機電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機領(lǐng)域，具體涉及一種機載計算機電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，航空電子系統(tǒng)中的計算機高度綜合化，和機載電子設(shè)備不斷增加，需要能夠 實現(xiàn)智能化管理的更加高效、可靠的電源系統(tǒng)。該項目國內(nèi)相關(guān)機載產(chǎn)品廠所尚未開展，國 外新一代飛機航電綜合處理機已采用此項技術(shù)。隨著戰(zhàn)斗機供電方式的改變、以及機載設(shè) 備高度綜合化程度的提高，高密度、高可靠電源系統(tǒng)將成為綜合核心處理機應(yīng)用的關(guān)鍵部 分，分布式電源系統(tǒng)便應(yīng)運而生，它具有輸出功率可擴展性、使設(shè)計靈活、高可靠性、設(shè)計標 準化、易于維護等優(yōu)點。尤其是對其關(guān)鍵技術(shù)電源系統(tǒng)的智能管理的研究，將很好地滿足新 一代飛機綜合核心處理機對其電源的需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有電源滿足不了現(xiàn)有飛機綜合核心處理機的需求技術(shù)問題，本發(fā)明提 供一種機載計算機電源系統(tǒng)。 本發(fā)明提供的智能分布式電源系統(tǒng)包括電源變換模塊(PCM)、開關(guān)陣列(PSA)、電 源管理模塊(PMS)以及計算機電子模塊(LRM);所述計算機電子模塊(LRM)上置有二次電 源變換組件(PCE)以及多個電壓調(diào)節(jié)組件(VRM);所述電源變換模塊(PCM)為電源轉(zhuǎn)換單 元分布在集成機架上，實現(xiàn)高壓輸入到穩(wěn)定的48V中間母線電壓的功率變換，通過開關(guān)陣 列(PSA)與分布在各計算機電子模塊(LRM)模塊上的二次電源變換組件(PCE)相連接，實 現(xiàn)對各計算機電子模塊(LRM)進行供電；各計算機電子模塊(LRM)經(jīng)二次電源變換組件 (PCE)變換成5V的直流電壓，經(jīng)分布在各計算機電子模塊(LRM)上的負載(IC)旁的電壓調(diào) 節(jié)組件(VRM)，實現(xiàn)對負載的供電。 上述開關(guān)陣列(PSA)為帶電荷泵的可控大功率開關(guān)。 上述電源變換模塊(PCM)采用標準的LRM結(jié)構(gòu)分布在計算機集成機架上。 上述二次電源變換組件(PCE)采用非標準組件結(jié)構(gòu)分布在計算機電子模塊(LRM)上。 上述電壓調(diào)節(jié)組件(VRM)采用非標準組件結(jié)構(gòu)分布在計算機電子模塊(LRM)上的 負載(IC)旁。 實施本發(fā)明的機載計算機電源系統(tǒng)，具有以下有益效果 智能管理電源技術(shù)應(yīng)能實時監(jiān)控計算機供電運行狀態(tài)，進行故障隔離和控制機架 中電源的分配重構(gòu)以及應(yīng)急供電的配置，實現(xiàn)計算機電源余度供電、故障監(jiān)控和隔離、加電 順序控制的智能化管理目標。


圖1為本發(fā)明智能分布式電源系統(tǒng)3
圖2為本發(fā)明中電源變換模塊的原理框圖； 圖3為本發(fā)明中電源管理模塊軟件的主程序流程圖； 圖4為本發(fā)明中電源管理模塊軟件中中斷服務(wù)子程序流程圖； 圖5為本發(fā)明中電源管理模塊軟件中通訊子程序流程圖； 圖6為本發(fā)明中AUXPS電磁濾波的原理圖。
具體實施例方式
參見圖l，智能分布式電源系統(tǒng)由一次電源變換模塊(PCM)、開關(guān)陣列(PSA)、電源 管理模塊(PMS)、若干個放置在計算機電子模塊(LRM)上的二次電源變換組件(PCE)以及多 個電壓調(diào)節(jié)組件(VRM)組成。 —次電源變換模塊(PCM)采用標準的LRM結(jié)構(gòu)(長233mm，寬160mm，厚50mm)，分
布在計算機集成機架上。 二次電源組件(PCE)采用非標準組件結(jié)構(gòu)，分布在計算機電子模塊(LRM)上。
電壓調(diào)節(jié)組件(VRM)采用非標準組件結(jié)構(gòu)，分布在LRM上的負載(IC)旁。
270V高壓直流經(jīng)過電源變換模塊(PCM)變換，輸出穩(wěn)定的48V直流電壓，經(jīng)過PSA 控制給所有機架中的LRM模塊提供余度供電，應(yīng)急輸入的48V與電源變換模塊(PCM)變換 后的48V直流電壓一起給機架中關(guān)鍵的計算機電子模塊(LRM)供電，以提高關(guān)鍵模塊的任 務(wù)可靠性。每一個計算機電子模塊(LRM)上經(jīng)過二次電源變換組件(PCE)變換產(chǎn)生5V輸 出的直流電壓，再經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)組件(VRM)就近變換產(chǎn)生芯片所需的1.2V、1.8V及2. 5V等 低壓大電流輸出，減少由于線纜傳輸造成的電壓波動。 電源變換模塊(PCM)采用并聯(lián)冗余結(jié)構(gòu)來提高系統(tǒng)的可靠性，即采用3+1個電源 模塊以并聯(lián)方式對計算機系統(tǒng)供電，圖1中僅畫出了由一組2個電源變換模塊(PCM)組成 的智能分布式電源架構(gòu)，各電源模塊平均分擔系統(tǒng)的功率容量，而一旦其中某個模塊出現(xiàn) 故障問題而停止供電時，備用模塊能自動加以接替，或是余下的模塊分擔故障模塊原先承 擔的負載電流，整個電源系統(tǒng)照常運行。從而有效地避免了電源子系統(tǒng)可能發(fā)生的任何故 障。 參見圖2，電源變換模塊(PCM)采用高壓270V高壓直流供電，并將其變換為穩(wěn)定 的48V直流電壓，主要由高壓DC/DC變換器(PCU)、開關(guān)陣列(PSA)、電源管理系統(tǒng)(PMS)、 網(wǎng)絡(luò)接口單元(FC接口 )以及輔助電源(AUXPS)構(gòu)成。具有電源自測試、PCE狀態(tài)監(jiān)測、上 下電控制、故障隔離、負載均流等智能管理功能。開關(guān)陣列PSA由低通態(tài)電阻的功率場效應(yīng) 管(MOSFET)、專用的控制驅(qū)動器組成，是電源變換模塊(PCM)中用于與后級二次電源變換 組件(PCE)用電設(shè)備相連的設(shè)備，實現(xiàn)48V輸出的通、斷控制和故障隔離功能，它接受PMS 指令，完成上、下電順序控制功能。電源管理系統(tǒng)(PMS)承擔為分布式二次電源可靠供電的 任務(wù)，主要對高壓DC/DC變換器(PCU)的輸出電壓以及每路二次電源變換組件(PCE)供電 進行有效的狀態(tài)檢測和控制，防止故障蔓延。
主要完成如下功能 1)、電源變換模塊(PCM)上電，若電源自測試結(jié)果正確，管理計算機則以一組固定
的動作序列去進行開關(guān)陣列的控制，在預(yù)先定義好的某幾路開關(guān)上輸出； 2)、管理計算機接受上一級管理單元的指令來對任意開關(guān)陣列的動作與否、動作
4組合及動作順序進行控制； 3)、對每路開關(guān)陣列的狀態(tài)進行監(jiān)控， 一旦開關(guān)流過的電流超出范圍 (Is > IsMAX)或方向相反，管理計算機立即發(fā)出控制命令，進行開關(guān)陣列中相應(yīng)的開關(guān)狀 態(tài)的切換； 4)、各種動作狀態(tài)、保護、報警信息和數(shù)據(jù)信息檢測值能夠通過網(wǎng)絡(luò)接口與上一級 管理單元進行傳輸。 其中，二次電源變換組件(PCE)是將48V直流母線電壓變換到中間電壓(5V或 3. 3V)，具有輸出過壓、過流短路保護、外部可關(guān)斷(on/off)功能；在此供電系統(tǒng)中n塊PCM 采用并聯(lián)冗余結(jié)構(gòu)提供給各路負載，由于故障容錯緣故，每個負載(PCE)至少有兩路48V直 流供電輸入，并且要求這兩路供電輸入均流，使每個模塊都能有效地輸出功率，使各模塊處 于最佳工作狀態(tài)，以保證電源系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠、高效地工作。VRM是將中間電壓變換為各 個板極負載點所需的低壓(2. 5V、1.8V等)大電流(最高可達20A)輸出，具有外部同步、外 部可關(guān)斷(on/off)功能。 下面對開關(guān)陣列單元的小型化設(shè)計技術(shù)特征解釋如下 開關(guān)陣列(PSA) (Power Switch Array)主要實現(xiàn)48V輸出通、斷控制和故障隔離 功能，能實現(xiàn)這一功能的器件有繼電器開關(guān)，有源開關(guān)，它們的性能對比如表1所示。
開關(guān)器件性能對比
繼電器開關(guān)有源開關(guān)
優(yōu) 點不僅能實現(xiàn)開關(guān)而且具有隔離功能， 易控制、電路簡單。開關(guān)速度快，導(dǎo)通電阻小(幾 十mQ)、損耗小。電流容量 大，無二次擊穿機理。S0-8 封裝器件，有體積優(yōu)勢。
不 足開、關(guān)動作時間長，一般在5ms 10ms，控制線圈存在反擊電壓尖峰， 需要消除尖峰電路。開關(guān)觸點可靠性 低，體積較大?？刂齐娐份^復(fù)雜，開關(guān)控制 的電壓愈高，控制電路愈復(fù) 雜。 開關(guān)陣列(PSA)由有源開關(guān)陣列、驅(qū)動電路組成。為了減小體積，實現(xiàn)小型化，它 須集成電荷泵和N溝道M0S管，并具有過載保護、電流限制、短路保護、過壓保護、過溫保護、 輸出負壓鉗位等功能。 參見圖3-圖5，PMS系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括主程序、中斷服務(wù)子程序和通訊程序的 設(shè)計。 圖3中，主程序主要完成中斷初始化、多路開關(guān)、A/D等芯片初始化、配置電源模塊 的地址、上電、周期、應(yīng)急BIT工作模式等； 圖4中，中斷服務(wù)子程序主要完成每路電壓和電流值的A/D采集； 圖5中，通訊子程序根據(jù)預(yù)先規(guī)定的通訊協(xié)議，完成與主控模塊的通訊以及PSA狀
態(tài)切換的功能。
5
參見圖6，電源管理系統(tǒng)(PMS)單元硬件電路屬于數(shù)字電路，與電源電路相比抗干 擾較差，而且工作在大功率轉(zhuǎn)換模塊這個惡劣的電磁干擾(EMI)環(huán)境中，更要注意EMI對計 算機軟硬件的干擾。設(shè)計重點包括AUXPS、接地、屏蔽。AUXPS主要為PMS提供低壓直流電， 5V、 士15V。為了防止開關(guān)電源噪聲通過電源線進入AUXPS、進入電源管理系統(tǒng)(PMS)，一是 要對28V電源進行濾波；二是需要將5V、 ± 15V地與28V地隔離，要求不影響共地。輻射噪 聲可能是電場輻射噪聲，也可能是磁場輻射噪聲。磁場輻射噪聲是由高的電流變化率di/ dt引起的。為了減少磁場輻射，敏感電路、敏感元件要遠離強輻射電路。通過合理地分布印 制板上各種元件可以減弱輻射噪聲，小信號線要遠離噪聲源，而且輸入、輸出線盡可能的遠 離。也可在電源結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用低電阻的鋁金屬材料把整個電源屏蔽起來，以減少內(nèi)外電 導(dǎo)線的影響和高頻電磁場的輻射。 本申請?zhí)峁┑姆植际健⒅悄芄芾黼娫聪到y(tǒng)是新一代飛機綜合核心處理機發(fā)展的必 然趨勢，可滿足其對電源功率密度、變換效率、體積、重量等性能的要求，并且電源系統(tǒng)自身 的監(jiān)測能力、故障診斷和隔離、容錯重構(gòu)能力大大提高，具有良好的工程應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種機載計算機電源系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括電源變換模塊(PCM)、開關(guān)陣列(PSA)、電源管理模塊(PMS)以及計算機電子模塊(LRM)；所述計算機電子模塊(LRM)上置有二次電源變換組件(PCE)以及多個電壓調(diào)節(jié)組件(VRM)；所述電源變換模塊(PCM)為電源轉(zhuǎn)換單元分布在集成機架上，實現(xiàn)高壓輸入到穩(wěn)定的48V中間母線電壓的功率變換，通過開關(guān)陣列(PSA)與分布在各計算機電子模塊(LRM)模塊上的二次電源變換組件(PCE)相連接，實現(xiàn)對各計算機電子模塊(LRM)進行供電；各計算機電子模塊(LRM)經(jīng)二次電源變換組件(PCE)變換成5V的直流電壓，經(jīng)分布在各計算機電子模塊(LRM)上的負載(IC)旁的電壓調(diào)節(jié)組件(VRM)，實現(xiàn)對負載的供電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的機載計算機電源系統(tǒng)，其特征在于所述開關(guān)陣列(PSA)為 帶電荷泵的可控大功率開關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機載計算機電源系統(tǒng)，其特征在于電源變換模塊(PCM) 采用標準的LRM結(jié)構(gòu)(長233mm，寬160mm，厚50mm)，分布在計算機集成機架上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的機載計算機電源系統(tǒng)，其特征在于所述二次電源變換組件 (PCE)采用非標準組件結(jié)構(gòu)分布在計算機電子模塊(LRM)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的機載計算機電源系統(tǒng)，其特征在于所述電壓調(diào)節(jié)組件(VRM) 采用非標準組件結(jié)構(gòu)分布在計算機電子模塊(LRM)上的負載(IC)旁。
全文摘要
本發(fā)明提供的機載計算機電源系統(tǒng)包括電源變換模塊、開關(guān)陣列、電源管理模塊以及計算機電子模塊；計算機電子模塊上置有二次電源變換組件以及多個電壓調(diào)節(jié)組件；電源變換模塊為電源轉(zhuǎn)換單元分布在集成機架上，實現(xiàn)高壓輸入到穩(wěn)定的48V中間母線電壓的功率變換，通過開關(guān)陣列與分布在各計算機電子模塊模塊上的二次電源變換組件相連接，實現(xiàn)對各計算機電子模塊進行供電；各計算機電子模塊經(jīng)二次電源變換組件變換成5V的直流電壓，經(jīng)分布在各計算機電子模塊上的負載旁的電壓調(diào)節(jié)組件，實現(xiàn)對負載的供電。解決了現(xiàn)有電源可靠性差的技術(shù)問題，具有可靠性高，易于維護等優(yōu)點。
文檔編號G06F1/26GK101719011SQ200910254458
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者何立軍, 孫立萌, 孟穎悟, 王泉, 田育新, 韓敏 申請人:中國航空工業(yè)集團公司第六三一研究所