使用半导体开关的电气保护.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410228954.8

申请日:

2014.05.27

公开号:

CN104218554A

公开日:

2014.12.17

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

实质审查的生效IPC(主分类):H02H 9/02申请日:20140527|||公开

IPC分类号:

H02H9/02

主分类号:

H02H9/02

申请人:

空中客车运营简化股份公司

发明人:

克里斯蒂安·多纳迪耶

地址:

法国图卢兹

优先权:

2013.05.31 FR 1354980

专利代理机构:

北京集佳知识产权代理有限公司 11227

代理人:

王萍;李春晖

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内容摘要

本发明涉及一种用于保护电路(110)以防过电流的方法和设备(100)。根据本发明的设备(100)使用半导体开关(105)的可变阻抗特性,并且该设备(100)包括用于根据待校正的过电流来控制开关(105)的阻抗的闭环控制装置。本发明的目的是减少与防止过电流有关的电路的物理设计压力。

权利要求书

1.  一种在飞行器(80)中实施的用于保护所述飞行器的电路以防过电流的方法,所述电路包括负载(103)、电源(102)以及将所述负载与所述电源连接的电链路(101),所述电源向所述负载供电并且包括所述飞行器的至少一个发电机,所述方法包括测量在所述电链路(101)上流通的电流的步骤,其特征在于以下步骤:
将所测电流(Imes)与参考电流(Iref)进行比较;
当所测电流(Imes)大于所述参考电流(Iref)时,触发对串联地安装在所述电链路(101)上的半导体开关(105)的阻抗的闭环控制,以将所测电流(Imes)调节至所述参考电流(Iref)的值,只要所测电流(Imes)没有回落到所述参考电流(Iref)以下就应用所述闭环控制;
测量在其间执行所述闭环控制的时间,所述时间被称为调节时间;以及
当所述调节时间大于预定时间(Tref)时断开所述开关(105)。

2.
  根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在配电箱(70)中实施所述方法,所述配电箱(70)将至少通过所述飞行器的发电机(1021、1022、1023)提供的电力分配给所述飞行器的负载(1031、1032)。

3.
  根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述闭环控制包括以下步骤:
计算所测电流(Imes)与所述参考电流(Iref)之差;
生成调节信号(Vreg),并且根据所测电流(Imes)与所述参考电流(Iref)之差来调节所述调节信号(Vreg)的幅度;以及
根据所述调节信号(Vreg)的幅度来修改所述开关的阻抗。

4.
  根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述开关(105)在其端子处表现出线性依赖于所述调节信号(Vreg)的幅度的阻抗。

5.
  根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,所述电流测量包括生成表示所测电流(Imes)的测量信号(Vmes),以及所述测量信号(Vmes)被进行低通滤波。

6.
  根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其特征在于,所述电流测量包括生成表示所测电流(Imes)的测量信号(Vmes),以及所述测量 信号(Vmes)被放大。

7.
  根据权利要求1至6中任一项所述的方法,其特征在于,所述预定时间(Tref)在10毫秒与1秒之间。

8.
  根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,所述参考电流(Iref)在所谓的标称电流(Inom)的一倍与两倍之间,所述标称电流(Inom)对应于在没有过电流的情况下在所述电链路(101)上流通的电流。

9.
  一种飞行器电路(110),包括:
负载(103),
电源(102),所述电源向所述负载供电并且包括所述飞行器的至少一个发电机,以及
将所述负载与所述电源连接的电链路(101),
其特征在于,所述飞行器电路(110)还包括用于保护电路以防过电流的设备(100),所述设备(100)包括:
用于测量沿着所述电链路行进的电流的装置(104);
半导体开关(105),所述半导体开关被串联地安装在所述电链路(101)上;
比较器(106),所述比较器用于将所测电流(Imes)与参考电流(Iref)进行比较;
闭环控制装置(107),所述闭环控制装置用于控制所述开关(105)的阻抗,适于将所测电流(Imes)调节至所述参考电流(Iref)的值;
时间测量装置(108),所述时间测量装置用于测量在其间将所测电流(Imes)调节至所述参考电流(Iref)的值的时间;以及
时间比较器(109),所述时间比较器用于将所测时间与预定时间(Tref)进行比较并且当所测时间大于所述预定时间时控制将所述开关(105)断开。

10.
  根据权利要求9所述的飞行器电路(110),其特征在于,所述闭环控制装置(107)被连接至所述比较器(106),并且所述闭环控制装置适于生成调节信号(Vreg)以及根据所测电流(Imes)与所述参考电流(Iref)之差来调节所述调节信号(Vreg)的幅度,所述闭环控制装置被连接至所 述开关(105)使得所述调节信号(Vreg)控制在所述开关(105)的端子处的阻抗。

11.
  根据权利要求9或10所述的飞行器电路(110),其特征在于,所述开关(105)为绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或结型场效应晶体管(JFET)。

12.
  一种飞行器(80),包括:
至少一个发电机(1021、1022、1023),
待被供电的负载(1031、1032),以及
配电箱(70),所述配电箱(70)在输入处被连接至至少一个发电机(1021、1022、1023)而在输出处被连接至所述负载(1031、1032),并且所述配电箱(70)被布置成将由所述至少一个发电机提供的电力分配给所述负载,
其特征在于,所述配电箱(70)包括至少一个根据权利要求9至11中任一项所述的保护设备(100)。

说明书

使用半导体开关的电气保护
技术领域
本发明涉及在飞行器中实施的保护飞行器的电路以防过电流的方法的领域。本发明还涉及一种用于保护电路以防过电流的设备,所述电路包括由飞行器的电源供电的负载。
背景技术
过电流是大于与负载相关联的标称电流的电流。以供参考,负载的标称电流是在理想操作条件下在负载中流通的电流。过电流可以由负载的电源生成,特别是在短路的情况下。
贯穿本文,术语“负载”将指代电负载。
从现有技术中已知在飞行器中实施的用于保护电路以防过电流的各种设备。这些设备包括可以呈现闭合状态和断开状态的机电式开关。当检测到过电流时,断开开关。在过电流的开始与当电路通过机电式开关的断开而断开的时刻之间间隔数毫秒。在这数毫秒期间,电路经受非常高的电流。因此,电路必须被额定成能够耐受这些高电流达数毫秒。在瞬态模式下(在数毫秒内),这些高电流可以最高达电源的短路电流的值。
特别地,在飞行器的电源与负载之间的电链路必须耐受这些高电流达数毫秒。为此,使用被额定成使得其耐受这样的电流的电力电缆来制造这些电链路。因此,电力电缆具有非常大的横截面面积,这使得电力电缆特别地笨重且体积大。
所述电力电缆的笨重且体积大的性质违背在飞行器上所观察到的约束,在所述约束中,与之相反,目标在于使这两个参数最小。
飞行器中的新一代电源表现出特别高的电力电平。因而,可能发生几百安培甚至几千安培的过电流达数毫秒。在例如短路的情况下将会发生这种情况。因此电力电缆必须耐受这些过电流。从而,这些特定的电力电缆具有变得越来越大的横截面面积,并因此具有变得越来越大的重量和体积。
本发明的一个目的是提出一种在飞行器中实施的用于管理过电流的方法,该方法使得可以减小在其中实施了该方法的电路的重量和体积。
本发明的另一目的是提出一种意在安装在飞行器中、包括用于管理过电流的设备的电路,所述用于管理过电流的设备使得可以减小电路的重量和体积。
发明内容
利用一种在飞行器中实施的用于保护电路以防过电流的方法来实现该目的,所述电路包括负载、电源以及将负载与电源连接的电链路,所述电源向负载供电并且包括飞行器的至少一个发电机,该方法包括测量在电链路上流通的电流的步骤。
根据本发明,该方法包括以下步骤:
将所测电流与参考电流进行比较;
当所测电流大于参考电流时,触发对串联地安装在电链路上的半导体开关的阻抗的闭环控制,以将所测电流调节至参考电流的值,只要所测电流没有回落到参考电流以下就提供闭环控制;
测量在其间执行闭环控制的时间,所述时间被称为调节时间;以及
当调节时间大于预定时间时断开开关。
然而,在现有技术中,其构思是将所有电路额定成使得其能够耐受过电流,本发明所基于的构思为对这些过电流进行限制。
所提出的方案包括:用半导体开关来替代在飞行器中常规地用作断路器的机电式开关。半导体开关提供两个显著的优点:
半导体开关提供典型地数微秒量级的极短响应时间;以及
半导体开关提供所谓的线性模式或状态,在该线性模式或状态下,半导体开关表现出可变阻抗特性。从而,当电流超过预定电流阈值——被称为参考电流——时,可以通过闭环控制来调节电流。
通过对电流的调节,防止电流成为大于参考电流的过高值。
另外,由于半导体开关的响应时间非常短,所以还可以基本上限制在其间电路必须耐受高电流的时间。
通过根据本发明的方法,可以放宽对包括电源、负载以及在电源与负 载之间的电链路的电路的约束。特别地,可以减小将电源与负载连接的电力电缆的横截面面积。从而,使飞行器中的所有电气装置的重量和体积减小。
过电流是由电路的电源产生的。由于电流被调节成使得其不超过参考电流,所以电路的其余部分不需要与电源的能力相匹配。无论什么电源,电路被保护的条件均是:电路耐受与参考电流与标称电流之差对应的过电流。因此本发明的另外的优点是提出一种用于防止过电流的方法,该方法使得与用于电路的其余部分耐受高电流的设施相对应的约束可以独立于所使用的电源。从而使一个电路的不同元件与同一电路之间的兼容性的约束降低。
该方法还提出:如果闭环控制持续时间过长,则断开开关,以避免由于使开关过长时间经受过电流而损坏开关。
根据本发明的方法可以在配电箱中实施,该配电箱将至少通过飞行器的发电机提供的电力分配给飞行器的负载。
有利地,实施该方法以减小飞行器中的电力电缆的重量和体积。
闭环控制可以包括以下步骤:
计算所测电流与参考电流之差;
生成调节信号,并且根据所测电流与参考电流之差来调节调节信号的幅度;
根据调节信号的幅度来修改开关的阻抗。
开关可以在其端子处表现出线性依赖于调节信号的幅度的阻抗。
有利地,电流测量包括生成表示所测电流的测量信号,并且测量信号被进行低通滤波。
优选地,电流测量包括生成表示所测电流的测量信号,并且测量信号被放大。
预定时间可以在10毫秒与1秒之间。
参考电流优选地在所谓的标称电流的一倍与两倍之间,该标称电流对应于在没有过电流的情况下在电链路上流通的电流。
本发明还涉及一种飞行器的电路,其包括:
负载,
电源,该电源向负载供电并且包括飞行器的至少一个发电机,以及
将负载与电源连接的电链路。
根据本发明,该电路还包括一种用于保护电路以防过电流的设备,该设备包括:
用于测量沿着电链路行进的电流的装置;
半导体开关,该半导体开关串联地安装在电链路上;
比较器,该比较器用于将所测电流与参考电流进行比较;
闭环控制装置,该闭环控制装置用于控制开关的阻抗,适于将所测电流调节至参考电流的值;
时间测量装置,该时间测量装置用于测量在其间将所测电流调节至参考电流的值的时间;
时间比较器,该时间比较器用于将所测时间与预定时间进行比较,并且当所测时间大于预定时间时控制将开关断开。
闭环控制装置可以被连接至比较器,并且适于生成调节信号以及适于根据所测电流与参考电流之差来调节调节信号的幅度,闭环控制装置被连接至开关使得调节信号控制在开关的端子处的阻抗。
开关有利地为绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或结型场效应晶体管(JFET)。
最后,本发明涉及一种飞行器,其包括:
至少一个发电机,
待被供电的负载,以及
配电箱,所述配电箱在输入处被连接至至少一个发电机而在输出处被连接至所述负载,并且该配电箱被布置成将由所述至少一个发电机提供的电力分配给所述负载。
根据本发明,配电箱包括至少一个根据本发明的保护设备。
附图说明
通过参照附图阅读对仅作为一种表示并且以非限制性方式给出的示例性实施方式的描述,本发明将会被更好地理解,在附图中:
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的电路,该电路包括根据本发明的保护设备并且使得可以实施根据本发明的方法;
图2示出了可以用于图1所示的电路中的半导体开关的特性曲线;
图3示意性地示出了作为控制信号的函数的在半导体开关的端子处的阻抗;
图4A示出了在其中实施了图1所示的方法的电路中流通的电流的第一示例;
图4B示出了在其中实施了图1所示的方法的电路中流通的电流的第二示例;
图5示出了在实施了根据本发明的方法的情况下的电流、在未实施根据本发明的方法的情况下的电流、以及电力电缆的电流耐受强度的曲线;
图6A示出了当负载被启动时在未实施根据本发明的方法的电路中流通的电流的示例;
图6B示出了当负载被启动时在实施了图1所示的方法的电路中流通的电流的示例;
图7示出了包括根据本发明的设备的用于飞行器的配电箱;以及
图8示出了包括图7所示的配电箱的飞行器。
具体实施方式
首先将参照图1来描述根据本发明的实施方式的保护设备100。根据本发明的设备的图示还将使得可以示出根据本发明的方法。
保护设备100被置于串联在电源102与负载103之间的电链路101上,电源102包括电压源,负载103为例如电气设备项。
包括电链路101、电压源102、负载103以及保护设备100的组件形成根据本发明的电路110。
设备100保护电路以防沿着链路朝向负载103行进的过电流。特别地,设备100保护负载103和电链路101。
电源102可以包括飞行器的电池和/或飞行器的发电机。“飞行器的发电机”将被用于描述包括以下中的至少一个元件的发电机:
在容纳发动机的机舱中的一个或更多个发电机,这些发电机由发动机驱动,
在飞行器的机身的后锥部中的发电机,该发电机由辅助动力单元(APU)驱动,
在飞行器的机翼中的备用发电机,或者RAT“冲压空气涡轮机”。
负载103是飞行器的电气设备项,其需要由至少1A或甚至至少3A例如3A或5A的电流来供电。重要的是,要注意:本发明的领域是通常大于1A的高电流的领域,而不是电子设备中所使用的低电流的领域。
电流测量装置104被串联地或并联地安装在电链路101上。电流测量装置104可以包括:
霍尔效应电流传感器,其提供与通过电流产生的磁场成比例的电压;
分流传感器,其提供依赖于通过低值电阻器的电流的电压;
热安培计,其使用在电流通过其时由于焦耳效应而变热的抗线(resisting wire);
用于测量电流的任何其他合适的装置。
电流测量装置104被布置成测量在电链路101上流通的电流。电流测量装置104产生表示所测电流Imes的测量信号Vmes
比较器106接收该测量信号Vmes和参考信号Vref作为输入。参考信号Vref代表称为参考电流Iref的电流阈值。该阈值大于与负载103相关联的标称电流。
比较器106被布置成计算测量信号Vmes与参考信号Vref之差。Vmes代表所测电流Imes。Vref代表参考电流Iref。因此,间接地计算所测电流Imes与参考电流Iref之差。
比较器106使得可以检测何时阈值被超过,换言之,何时所测电流Imes大于参考电流Iref
比较器106的输出被连接至闭环控制装置107。当所测电流Imes大于参考电流Iref时执行闭环控制。
闭环控制装置107控制半导体开关105的阻抗。该半导体开关105被串联地安装在电流测量装置104与负载103之间的电链路101上。
开关105的阻抗抗拒电流通过链路101。
闭环控制装置使得可以将所测电流Imes调节至参考电流Iref的值。
特别地,闭环控制装置107被布置成生成调节信号Vreg,该调节信号Vreg控制开关105的阻抗。开关105的阻抗依赖于调节信号Vreg的幅度。因此,闭环控制装置107根据每个时刻所测电流Imes与参考电流Iref之差来调节调节信号Vreg的幅度。如果所测电流开始增大,则开关105的阻抗增大。如果所测电流开始减小,则开关105的阻抗减小。
因此,闭环控制装置在每个时刻与比较器106合作。
还可以规定比较器106被连接至闭环控制装置107只是为了激活电流调节,则闭环控制装置107包括被布置成计算所测电流Imes与参考电流Iref之差的特定减法器装置。在该情况下,可以认为闭环控制装置包括:
减法器,其用于计算所测电流Imes与参考电流Iref之差;
调节装置,其用于生成调节信号Vreg并且根据所测电流Imes与参考电流Iref之差来调节调节信号Vreg的幅度,该调节装置被连接至开关使得调节信号Vreg控制开关的阻抗。
只要所测电流Imes没有回落到小于或等于参考电流Iref,就提供闭环控制。对由闭环控制的响应时间引起的任何振荡不作考虑。
例如,在短路的情况下,发生过电流,该过电流然后趋于降低直到电流返回到其标称值为止。因此,闭环控制装置首先对开关105施加高阻抗,然后使其逐渐降低直到其为零为止。当开关105的阻抗为零时,即所测电流Imes不大于参考电流Iref时,就不再执行闭环控制。在实践中,开关的阻抗可能不完全为零。因此,当开关105的阻抗在其最小值处时,可以认为开关105的阻抗为零。
根据闭环控制的示例性实施方式,开关的阻抗Z(t)被控制为如下:
·当Imes(t0)>Iref时,Z(t0)=A*(Imes(t0)-Iref),
那么Z(t+δt)=Z(t)+B*(Imes(t+δt)-Iref),
其中,A和B为正实数,t0为从Imes>Iref开始计的时刻;
·当Z(t+δt)=0时,停止调节,并且只要Imes(t)<Iref,则Z(t)=0,Imes(t)。
设备100还包括时间测量装置108,这些时间测量装置108测量在其间执行闭环控制的调节时间。时间测量装置108的输出被连接至时间比较 器109。时间比较器109还接收预定时间Tref作为输入。当调节时间达到预定时间Tref时,时间比较器命令将开关105断开。可以认为时间测量装置108和时间比较器109一起形成“定时器”。
因此,可以看出,如果需要进行调节持续发生超过预定时间,则通过断开开关105来使负载103断电。
参考时间Tref被限定成使得避免将开关105不期望地断开。还需要检查确保该参考时间Tref保持适合于开关105的散热能力。在实践中,如果开关105被大于或等于电流Iref的电流通过超出最大时间——被称为“破坏极限时间”,则可能损坏开关105。可以使用包括并联地安装的多个晶体管的开关105来增大该破坏极限时间。参考时间Tref通常为约10毫秒至约100毫秒的量级。
如果在调节时间达到参考时间Tref之前不再需要调节电流,则将时间比较器109重置为零。将再次测量新的调节时间,其从下一次执行闭环控制时开始计。
换言之,根据闭环控制的上述示例,则开关的阻抗Z被控制为如下:
·当Imes(t0)>Iref时,Z(t0)=A*(Imes(t0)-Iref),
那么只要t<Tref,则Z(t+δt)=Z(t)+B*(Imes(t+δt)-Iref),
其中,A和B为正实数,t0为从Imes>Iref开始计的时刻;
·只要t<Tref,当Z(t+δt)=0时,则停止调节:只要Imes(t)<Iref,Z(t)=0,Imes(t),
·否则,当t≥Tref时,Z(t)=∞,
综上所述,开关105可以采取以下三种状态:
断开状态,在该状态下开关105阻断电流的通过;
闭合状态,在该状态下开关105允许电流通过;以及
所谓的线性状态,在该状态下开关105在其端子处表现出可变阻抗。
开关105具有三个端子:用于接收控制信号的第一端子;连接至电流测量装置104的第二端子;以及连接至负载103的第三端子,开关的阻抗被视为是在其第二端子与第三端子之间的阻抗。通过闭环控制装置107来生成控制信号。
控制信号由调节信号Vreg形成,并且
最初,驱动将开关105从闭合状态转变成线性状态;
然后,驱动开关105的阻抗值的趋势。
将能够以微型控制器的形式来制造比较器106、闭环控制装置107、时间测量装置108和时间比较器109中的元件中的至少一个元件。
半导体开关由一个或更多个半导体电子元件如晶体管形成,其可以是例如至少一个晶体管,特别是绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或结型场效应晶体管(JFET)。还可以使用表述“电子开关”来指代半导体开关。
可以提供用于对测量信号Vmes进行整形的装置(未示出)。
这些装置可以包括:
低通滤波器,意在平滑测量信号以消除寄生噪声并避免对调节的不期望触发;以及
放大器,意在将测量信号Vmes调节至一定幅度,使得可以更容易地执行各种所需功能。
图2示出了可以用作图1中所示的本发明的实施方式中的开关105的晶体管的特性曲线。这些特性曲线通常对应于晶体管的加电(powering up)。
晶体管为p沟道绝缘栅场效应晶体管MOSFET。本身已知的,晶体管具有以下三个端子:标记为G的栅极、标记为D的漏极以及标记为S的源极。MOSFET晶体管被称为是富集的,这意味着其掺杂使得栅极与源极之间的结GS必须被偏置到阈值电压VT以下(负数),以获得晶体管中的沟道的存在。
图2给出了一系列曲线201、202、203,示出了作为电压VDS(在漏极与源极之间的电压)的函数的电流IDS(在漏极与源极之间流通的电流)的值。每条曲线201、202或203对应于在栅极与源极之间的相应电压VGS值。
对于VGS>VT,电流IDS为零,晶体管被阻断并且开关105断开。对于给定的曲线201(相应地,202、203),如果V1<VDS<0(相应地,V2<VDS<0,V3<VDS<0),则电流IDS与电压VDS之间的依赖关系是基本上线 性的。曲线201表现出斜率K,使得IDS=K*VDS,其中从而,晶体管的表现像阻抗Z。斜率K根据VGS的值而变化。因此,可以通过作用于电压VGS的值来获得晶体管的可变阻抗性质。如果VDS<V1(相应地,VDS<V2、VDS<V3),则晶体管处于饱和模式。电压VDS为恒定的,并且漏极与源极之间的阻抗Z为零:开关105闭合。通过借助于调节信号Vreg来控制电压VGS的值,可以控制晶体管的电流操作模式以及漏极与源极之间的阻抗。
已知晶体管的特性,本领域的普通技术人员将很容易能够设计闭环控制装置107以提供适合于晶体管的所期望性质的调节信号Vreg
图3示意性地示出了作为控制信号Vreg的函数的半导体开关105的阻抗。
对于控制信号的在0与Vsat之间的幅度,开关105是闭合的:在开关105的端子处的阻抗为零。在实践中,可以取非零但可忽略的值。
对于控制信号的大于Vblo的幅度,开关105是断开的。
对于控制信号的在Vsat与Vblo之间的幅度,开关105表现出依赖于控制信号Vreg的阻抗。
在线性模式下,大多数晶体管表现出调节信号与晶体管的端子之间的阻抗之间的线性依赖关系。从而,简化了对阻抗的控制。
图4A示出了作为时间t的函数的在链路101上流通的所测电流Imes的第一示例。在时刻t0处,所测电流Imes变得大于参考电流Iref。执行将电流控制至参考电流的值的闭环控制。因此,在与根据本发明的设备100的响应时间相对应的时间Δt之后,所测电流Imes等于参考电流Iref
在从t0开始计的参考时间Tref过去之前,所测电流Imes已回落到参考电流Iref以下。特别地,所测电流Imes在时刻Touv处回落到参考电流Iref以下。从时刻Touv开始,闭合开关105。
图4B示出了作为时间t的函数的在链路101上流通的所测电流Imes的第二示例。在时刻t0处,所测电流的Imes变得大于参考电流Iref
在从t0开始计的参考时间Tref过去之后,所测电流Imes仍未回落到参考电流Iref以下。这导致将开关105断开。因此,从时刻T0+Tref开始计, 所测电流Imes为零。
图5通过连续细线曲线501示出了作为时间t的函数的在链路101上流通的所测电流Imes。这是在实施了根据本发明的方法的情况下在链路101上流通的所测电流Imes。参考电流Iref在标称电流Inom的1.5倍至2倍之间。将会记得,标称电流Inom是设计为在理想操作条件下在链路101上流通的电流。标称电流Inom通常大于1A。标称电流Inom例如大于或等于3A,并且为例如3A或5A。
在时刻tdef处,出现过电流。所测电流Imes超过参考电流Iref的值。通过根据本发明的方法和设备,调节信号使得可以调节所测电流Imes以将其调节至参考电流Iref的值。因此,在与根据本发明的设备100的响应时间相对应的时间ΔT之后,所测电流Imes等于参考电流Iref。响应时间Δt非常短,具有数微秒的量级,例如小于10微秒。通过使用电子开关(半导体开关)来获得这种特别短的响应时间。利用基于机电式断路元件的常规技术将不可能获得这样的响应时间。
在过电流期间,所测电流达到具有标称电流值Inom的3倍至6倍量级的最大值Imax
作为比较,还在图5中通过虚线曲线502示出了作为时间t的函数的现有技术中在链路101上流通的电流。在该情况下,使用在背景技术中所述的具有较大横截面面积并因此具有较大重量和体积的电力电缆。电流可以达到标称电流值Inom的30倍以上,即数百安培的电流,并且耗费数百毫秒来返回到标称电流值。出于图的易读性的原因,在曲线501与图3的其它曲线之间未观察到标度。
点划线503对应于标称电流Inom
将假定负载为纯电阻。
在两个时刻t之间的在虚线曲线502与点划线曲线503之间所包含的区域对应于根据现有技术的电力电缆必须能够耐受的能量。
连续粗线曲线504示出了电力电缆耐受高电流的能力。粗虚线曲线505示出了电力电缆的机械耐受强度限值。如果作为时间的函数的电流的曲线502在曲线505以下通过,则电力电缆受到损坏。
在两个时间t之间的在连续细线曲线501与点划线曲线503之间所包含的区域对应于在实施了根据本发明的保护方法的情况下电力电缆必须能够耐受的能量。因此,可以看出,可以大大降低电力电缆耐受高电流的 能力,并因此可以大大减小其重量和体积。
例如已经研究了在其中通过适合于三安培(3A)的标称电流Inom的电力电缆来提供电链路的电路。应用了表述“3A保护”。已经能够证实,当标称电流为5A时,根据本发明的方法使得可以保持与3A保护相同的情况。
对于这一点,将以下进行比较:
第一曲线,其示出了在标称电流为3A的情况下在现有技术中相关联的电力电缆耐受过电流的能力;
第二曲线,其示出了当实施了根据本发明的方法时在标称电流Inom=3A和参考电流Iref=4A情况下的所测电流的值;以及
第三曲线,其示出了当实施了根据本发明的方法时在标称电流Inom=5A和参考电流Iref=7A情况下的所测电流的值。
可以尤其证实,第三曲线始终保持在第一曲线以下。因此,通过根据本发明的方法及设备,给定的保护使得可以适于较大的标称电流值。这相当于指出,对于给定的标称电流,当电路包括根据本发明的设备时,可以减少与电路的高电流耐受强度有关的约束。
有利地,以集中方式例如在电源的输出处来实施根据本发明的方法(相应地,设备)。因此,可以限制关于电路的不同元件——特别是由所述电源供电的电链路和电气设备项——的所有的电流耐受强度约束。
参照图6A和图6B示出了根据本发明的方法和设备的另外的优点。
图6A示出了在未实施根据本发明的方法的情况下在启动电气设备项时流通的电流的示例。可以观察到对应于负载电流的过电流。负载电流可以达到最大值Imax1,该最大值Imax1最高达标称电流值Inom的20倍。电流在稳定到标称电流值之前将耗费数毫秒的时间Tdem
因此,电路——特别是待被供电的负载和将所述负载与电源连接的电链路——将必须能够耐受图6A中阴影所示的能量,该能量与在作为时间的函数的所测电流的曲线601与在标称电流值处恒定的曲线602之间的区域相对应。
图6B示出了在实施了根据本发明的方法的情况下当启动电气设备项时流通的电流的示例。出于图的易读性的原因,图6A与图6B之间的标度不同。曲线603示出了作为时间的函数的所测电流Imes的值。如图5所 示:
所测电流不超过标称电流的三至六倍量级的电流Imax2,以及
在数微秒量级的时间ΔT之后,所测电流被迅速带至参考电流的值。
因此,电路——特别是待被供电的负载和将所述负载与电源连接的电链路——将必须能够耐受图6B中阴影所示的能量,该能量与在作为时间的函数的所测电流的曲线603与在标称电流值处恒定的曲线602之间的区域相对应。
负载被启动时的电流浪涌导致在连接至同一电源的其他负载的端子处出现电压瞬变。在现有技术中,例如当新的负载被启动时通过重新启动已经运行的负载来避免该干扰。另外,还可以添加电容器以使得可以限制电压瞬变的影响。
本发明使得可以限制负载电流,从而减少电压瞬变。从而避免负载的启动干扰已经运行的其他负载。从而,可以省却在现有技术中意在限制电压瞬变对已经运行的负载的影响的笨重且体积大的电容器。
本发明在飞行器中实施,在飞行器中,要考虑重量和体积约束。
将首先参照图7来描述包括多个根据本发明的保护设备100的配电箱70。
从现有技术已知用于飞行器的这些配电箱,这些配电箱也被称为“电气主箱”。这样的配电箱接收通过飞行器的至少一个电压源提供的电能作为输入。这里,示出了三个电压源1021、1022、1023
每个电压源1021、相应地1022或1023可以包括飞行器的通常位于以下位置的发电机:
在飞行器的后部,在机身的后锥部中,
在发动机舱中,或者
对于备用发电机的情况,在机翼中。
配电箱将电力分配给飞行器内部的不同电负载1031、1032。这里示出了两个负载1031、1032,但是不言而喻,可以根据其需要提供尽可能多的负载。
配电箱70通常位于飞行器的前部、在航空电子设备舱中。配电箱70通过电力电缆701被连接至不同的电负载。这些电负载包括各种电气或电 子设备项。
根据本发明的配电箱70包括多个电路保护设备100。有利地,由于存在需要用不同的电流值来向不同的负载供电,所以提供尽可能多的根据本发明的设备100。可以向经由配电箱70被供电的每个负载提供根据本发明的设备100。
包括保护设备100、负载1031或1032、电力电缆701、以及至少一个电源1021、1022、1023的每个组件形成根据本发明的电路。
最后,图8示意性地示出了飞行器80,其包括:
电源1021,相应地1022或1023
负载1031、1032
电力电缆701,以及
参照图7所描述的配电箱70。
有利地,飞行器具有金属结构,该结构提供从负载到发电机的电流返回路径。
实施根据本发明的方法使得可以限制在飞行器的所有电网中流通的最大电流。从而,可以限制对飞行器的众多元件的约束,所述众多元件即:
飞行器的金属结构;
待被供电的电气或电子设备项,减少其安装和内部配备约束(换言之,如果有效地限制到达设备项处的电流,则使对在该设备项输入处的另外的保护设备的需求降低);
配电箱,其不再必须耐受发电机的短路电流;
电力电缆;
被称为线束的电力电缆束。
特别地,可以使飞行器的总重量减少几十公斤甚至上百公斤。

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1、10申请公布号CN104218554A43申请公布日20141217CN104218554A21申请号201410228954822申请日20140527135498020130531FRH02H9/0220060171申请人空中客车运营简化股份公司地址法国图卢兹72发明人克里斯蒂安多纳迪耶74专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人王萍李春晖54发明名称使用半导体开关的电气保护57摘要本发明涉及一种用于保护电路110以防过电流的方法和设备100。根据本发明的设备100使用半导体开关105的可变阻抗特性,并且该设备100包括用于根据待校正的过电流来控制开关105的阻抗的闭环控制。

2、装置。本发明的目的是减少与防止过电流有关的电路的物理设计压力。30优先权数据51INTCL权利要求书2页说明书10页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书10页附图3页10申请公布号CN104218554ACN104218554A1/2页21一种在飞行器80中实施的用于保护所述飞行器的电路以防过电流的方法,所述电路包括负载103、电源102以及将所述负载与所述电源连接的电链路101,所述电源向所述负载供电并且包括所述飞行器的至少一个发电机,所述方法包括测量在所述电链路101上流通的电流的步骤,其特征在于以下步骤将所测电流IMES与参考电流IREF进行比较;。

3、当所测电流IMES大于所述参考电流IREF时,触发对串联地安装在所述电链路101上的半导体开关105的阻抗的闭环控制,以将所测电流IMES调节至所述参考电流IREF的值,只要所测电流IMES没有回落到所述参考电流IREF以下就应用所述闭环控制;测量在其间执行所述闭环控制的时间,所述时间被称为调节时间;以及当所述调节时间大于预定时间TREF时断开所述开关105。2根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在配电箱70中实施所述方法,所述配电箱70将至少通过所述飞行器的发电机1021、1022、1023提供的电力分配给所述飞行器的负载1031、1032。3根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述。

4、闭环控制包括以下步骤计算所测电流IMES与所述参考电流IREF之差;生成调节信号VREG,并且根据所测电流IMES与所述参考电流IREF之差来调节所述调节信号VREG的幅度;以及根据所述调节信号VREG的幅度来修改所述开关的阻抗。4根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述开关105在其端子处表现出线性依赖于所述调节信号VREG的幅度的阻抗。5根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,所述电流测量包括生成表示所测电流IMES的测量信号VMES,以及所述测量信号VMES被进行低通滤波。6根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其特征在于,所述电流测量包括生成表示所测电流IMES的测量信号V。

5、MES,以及所述测量信号VMES被放大。7根据权利要求1至6中任一项所述的方法,其特征在于,所述预定时间TREF在10毫秒与1秒之间。8根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,所述参考电流IREF在所谓的标称电流INOM的一倍与两倍之间,所述标称电流INOM对应于在没有过电流的情况下在所述电链路101上流通的电流。9一种飞行器电路110,包括负载103,电源102,所述电源向所述负载供电并且包括所述飞行器的至少一个发电机,以及将所述负载与所述电源连接的电链路101,其特征在于,所述飞行器电路110还包括用于保护电路以防过电流的设备100,所述设备100包括用于测量沿着所述电链路行进的。

6、电流的装置104;半导体开关105,所述半导体开关被串联地安装在所述电链路101上;比较器106,所述比较器用于将所测电流IMES与参考电流IREF进行比较;闭环控制装置107,所述闭环控制装置用于控制所述开关105的阻抗,适于将所测权利要求书CN104218554A2/2页3电流IMES调节至所述参考电流IREF的值;时间测量装置108,所述时间测量装置用于测量在其间将所测电流IMES调节至所述参考电流IREF的值的时间;以及时间比较器109,所述时间比较器用于将所测时间与预定时间TREF进行比较并且当所测时间大于所述预定时间时控制将所述开关105断开。10根据权利要求9所述的飞行器电路11。

7、0,其特征在于,所述闭环控制装置107被连接至所述比较器106,并且所述闭环控制装置适于生成调节信号VREG以及根据所测电流IMES与所述参考电流IREF之差来调节所述调节信号VREG的幅度,所述闭环控制装置被连接至所述开关105使得所述调节信号VREG控制在所述开关105的端子处的阻抗。11根据权利要求9或10所述的飞行器电路110,其特征在于,所述开关105为绝缘栅场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT或结型场效应晶体管JFET。12一种飞行器80,包括至少一个发电机1021、1022、1023,待被供电的负载1031、1032,以及配电箱70,所述配电箱70在输入处被连接至。

8、至少一个发电机1021、1022、1023而在输出处被连接至所述负载1031、1032,并且所述配电箱70被布置成将由所述至少一个发电机提供的电力分配给所述负载,其特征在于,所述配电箱70包括至少一个根据权利要求9至11中任一项所述的保护设备100。权利要求书CN104218554A1/10页4使用半导体开关的电气保护技术领域0001本发明涉及在飞行器中实施的保护飞行器的电路以防过电流的方法的领域。本发明还涉及一种用于保护电路以防过电流的设备,所述电路包括由飞行器的电源供电的负载。背景技术0002过电流是大于与负载相关联的标称电流的电流。以供参考,负载的标称电流是在理想操作条件下在负载中流通的。

9、电流。过电流可以由负载的电源生成,特别是在短路的情况下。0003贯穿本文,术语“负载”将指代电负载。0004从现有技术中已知在飞行器中实施的用于保护电路以防过电流的各种设备。这些设备包括可以呈现闭合状态和断开状态的机电式开关。当检测到过电流时,断开开关。在过电流的开始与当电路通过机电式开关的断开而断开的时刻之间间隔数毫秒。在这数毫秒期间,电路经受非常高的电流。因此,电路必须被额定成能够耐受这些高电流达数毫秒。在瞬态模式下在数毫秒内,这些高电流可以最高达电源的短路电流的值。0005特别地,在飞行器的电源与负载之间的电链路必须耐受这些高电流达数毫秒。为此,使用被额定成使得其耐受这样的电流的电力电缆。

10、来制造这些电链路。因此,电力电缆具有非常大的横截面面积,这使得电力电缆特别地笨重且体积大。0006所述电力电缆的笨重且体积大的性质违背在飞行器上所观察到的约束,在所述约束中,与之相反,目标在于使这两个参数最小。0007飞行器中的新一代电源表现出特别高的电力电平。因而,可能发生几百安培甚至几千安培的过电流达数毫秒。在例如短路的情况下将会发生这种情况。因此电力电缆必须耐受这些过电流。从而,这些特定的电力电缆具有变得越来越大的横截面面积,并因此具有变得越来越大的重量和体积。0008本发明的一个目的是提出一种在飞行器中实施的用于管理过电流的方法,该方法使得可以减小在其中实施了该方法的电路的重量和体积。。

11、0009本发明的另一目的是提出一种意在安装在飞行器中、包括用于管理过电流的设备的电路,所述用于管理过电流的设备使得可以减小电路的重量和体积。发明内容0010利用一种在飞行器中实施的用于保护电路以防过电流的方法来实现该目的,所述电路包括负载、电源以及将负载与电源连接的电链路,所述电源向负载供电并且包括飞行器的至少一个发电机,该方法包括测量在电链路上流通的电流的步骤。0011根据本发明,该方法包括以下步骤0012将所测电流与参考电流进行比较;0013当所测电流大于参考电流时,触发对串联地安装在电链路上的半导体开关的阻抗说明书CN104218554A2/10页5的闭环控制,以将所测电流调节至参考电流。

12、的值,只要所测电流没有回落到参考电流以下就提供闭环控制;0014测量在其间执行闭环控制的时间,所述时间被称为调节时间;以及0015当调节时间大于预定时间时断开开关。0016然而,在现有技术中,其构思是将所有电路额定成使得其能够耐受过电流,本发明所基于的构思为对这些过电流进行限制。0017所提出的方案包括用半导体开关来替代在飞行器中常规地用作断路器的机电式开关。半导体开关提供两个显著的优点0018半导体开关提供典型地数微秒量级的极短响应时间;以及0019半导体开关提供所谓的线性模式或状态,在该线性模式或状态下,半导体开关表现出可变阻抗特性。从而,当电流超过预定电流阈值被称为参考电流时,可以通过闭。

13、环控制来调节电流。0020通过对电流的调节,防止电流成为大于参考电流的过高值。0021另外,由于半导体开关的响应时间非常短,所以还可以基本上限制在其间电路必须耐受高电流的时间。0022通过根据本发明的方法,可以放宽对包括电源、负载以及在电源与负载之间的电链路的电路的约束。特别地,可以减小将电源与负载连接的电力电缆的横截面面积。从而,使飞行器中的所有电气装置的重量和体积减小。0023过电流是由电路的电源产生的。由于电流被调节成使得其不超过参考电流,所以电路的其余部分不需要与电源的能力相匹配。无论什么电源,电路被保护的条件均是电路耐受与参考电流与标称电流之差对应的过电流。因此本发明的另外的优点是提。

14、出一种用于防止过电流的方法,该方法使得与用于电路的其余部分耐受高电流的设施相对应的约束可以独立于所使用的电源。从而使一个电路的不同元件与同一电路之间的兼容性的约束降低。0024该方法还提出如果闭环控制持续时间过长,则断开开关,以避免由于使开关过长时间经受过电流而损坏开关。0025根据本发明的方法可以在配电箱中实施,该配电箱将至少通过飞行器的发电机提供的电力分配给飞行器的负载。0026有利地,实施该方法以减小飞行器中的电力电缆的重量和体积。0027闭环控制可以包括以下步骤0028计算所测电流与参考电流之差;0029生成调节信号,并且根据所测电流与参考电流之差来调节调节信号的幅度;0030根据调节。

15、信号的幅度来修改开关的阻抗。0031开关可以在其端子处表现出线性依赖于调节信号的幅度的阻抗。0032有利地,电流测量包括生成表示所测电流的测量信号,并且测量信号被进行低通滤波。0033优选地,电流测量包括生成表示所测电流的测量信号,并且测量信号被放大。0034预定时间可以在10毫秒与1秒之间。0035参考电流优选地在所谓的标称电流的一倍与两倍之间,该标称电流对应于在没有说明书CN104218554A3/10页6过电流的情况下在电链路上流通的电流。0036本发明还涉及一种飞行器的电路,其包括0037负载,0038电源,该电源向负载供电并且包括飞行器的至少一个发电机,以及0039将负载与电源连接的。

16、电链路。0040根据本发明,该电路还包括一种用于保护电路以防过电流的设备,该设备包括0041用于测量沿着电链路行进的电流的装置;0042半导体开关,该半导体开关串联地安装在电链路上;0043比较器,该比较器用于将所测电流与参考电流进行比较;0044闭环控制装置,该闭环控制装置用于控制开关的阻抗,适于将所测电流调节至参考电流的值;0045时间测量装置,该时间测量装置用于测量在其间将所测电流调节至参考电流的值的时间;0046时间比较器,该时间比较器用于将所测时间与预定时间进行比较,并且当所测时间大于预定时间时控制将开关断开。0047闭环控制装置可以被连接至比较器,并且适于生成调节信号以及适于根据所。

17、测电流与参考电流之差来调节调节信号的幅度,闭环控制装置被连接至开关使得调节信号控制在开关的端子处的阻抗。0048开关有利地为绝缘栅场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT或结型场效应晶体管JFET。0049最后,本发明涉及一种飞行器,其包括0050至少一个发电机,0051待被供电的负载,以及0052配电箱,所述配电箱在输入处被连接至至少一个发电机而在输出处被连接至所述负载,并且该配电箱被布置成将由所述至少一个发电机提供的电力分配给所述负载。0053根据本发明,配电箱包括至少一个根据本发明的保护设备。附图说明0054通过参照附图阅读对仅作为一种表示并且以非限制性方式给出的示例性实施方。

18、式的描述,本发明将会被更好地理解,在附图中0055图1示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的电路,该电路包括根据本发明的保护设备并且使得可以实施根据本发明的方法;0056图2示出了可以用于图1所示的电路中的半导体开关的特性曲线;0057图3示意性地示出了作为控制信号的函数的在半导体开关的端子处的阻抗;0058图4A示出了在其中实施了图1所示的方法的电路中流通的电流的第一示例;0059图4B示出了在其中实施了图1所示的方法的电路中流通的电流的第二示例;0060图5示出了在实施了根据本发明的方法的情况下的电流、在未实施根据本发明的方法的情况下的电流、以及电力电缆的电流耐受强度的曲线;0061图6。

19、A示出了当负载被启动时在未实施根据本发明的方法的电路中流通的电流的说明书CN104218554A4/10页7示例;0062图6B示出了当负载被启动时在实施了图1所示的方法的电路中流通的电流的示例;0063图7示出了包括根据本发明的设备的用于飞行器的配电箱;以及0064图8示出了包括图7所示的配电箱的飞行器。具体实施方式0065首先将参照图1来描述根据本发明的实施方式的保护设备100。根据本发明的设备的图示还将使得可以示出根据本发明的方法。0066保护设备100被置于串联在电源102与负载103之间的电链路101上,电源102包括电压源,负载103为例如电气设备项。0067包括电链路101、电压。

20、源102、负载103以及保护设备100的组件形成根据本发明的电路110。0068设备100保护电路以防沿着链路朝向负载103行进的过电流。特别地,设备100保护负载103和电链路101。0069电源102可以包括飞行器的电池和/或飞行器的发电机。“飞行器的发电机”将被用于描述包括以下中的至少一个元件的发电机0070在容纳发动机的机舱中的一个或更多个发电机,这些发电机由发动机驱动,0071在飞行器的机身的后锥部中的发电机,该发电机由辅助动力单元APU驱动,0072在飞行器的机翼中的备用发电机,或者RAT“冲压空气涡轮机”。0073负载103是飞行器的电气设备项,其需要由至少1A或甚至至少3A例如。

21、3A或5A的电流来供电。重要的是,要注意本发明的领域是通常大于1A的高电流的领域,而不是电子设备中所使用的低电流的领域。0074电流测量装置104被串联地或并联地安装在电链路101上。电流测量装置104可以包括0075霍尔效应电流传感器,其提供与通过电流产生的磁场成比例的电压;0076分流传感器,其提供依赖于通过低值电阻器的电流的电压;0077热安培计,其使用在电流通过其时由于焦耳效应而变热的抗线RESISTINGWIRE;0078用于测量电流的任何其他合适的装置。0079电流测量装置104被布置成测量在电链路101上流通的电流。电流测量装置104产生表示所测电流IMES的测量信号VMES。0。

22、080比较器106接收该测量信号VMES和参考信号VREF作为输入。参考信号VREF代表称为参考电流IREF的电流阈值。该阈值大于与负载103相关联的标称电流。0081比较器106被布置成计算测量信号VMES与参考信号VREF之差。VMES代表所测电流IMES。VREF代表参考电流IREF。因此,间接地计算所测电流IMES与参考电流IREF之差。0082比较器106使得可以检测何时阈值被超过,换言之,何时所测电流IMES大于参考电流IREF。0083比较器106的输出被连接至闭环控制装置107。当所测电流IMES大于参考电流IREF说明书CN104218554A5/10页8时执行闭环控制。00。

23、84闭环控制装置107控制半导体开关105的阻抗。该半导体开关105被串联地安装在电流测量装置104与负载103之间的电链路101上。0085开关105的阻抗抗拒电流通过链路101。0086闭环控制装置使得可以将所测电流IMES调节至参考电流IREF的值。0087特别地,闭环控制装置107被布置成生成调节信号VREG,该调节信号VREG控制开关105的阻抗。开关105的阻抗依赖于调节信号VREG的幅度。因此,闭环控制装置107根据每个时刻所测电流IMES与参考电流IREF之差来调节调节信号VREG的幅度。如果所测电流开始增大,则开关105的阻抗增大。如果所测电流开始减小,则开关105的阻抗减小。

24、。0088因此,闭环控制装置在每个时刻与比较器106合作。0089还可以规定比较器106被连接至闭环控制装置107只是为了激活电流调节,则闭环控制装置107包括被布置成计算所测电流IMES与参考电流IREF之差的特定减法器装置。在该情况下,可以认为闭环控制装置包括0090减法器,其用于计算所测电流IMES与参考电流IREF之差;0091调节装置,其用于生成调节信号VREG并且根据所测电流IMES与参考电流IREF之差来调节调节信号VREG的幅度,该调节装置被连接至开关使得调节信号VREG控制开关的阻抗。0092只要所测电流IMES没有回落到小于或等于参考电流IREF,就提供闭环控制。对由闭环控。

25、制的响应时间引起的任何振荡不作考虑。0093例如,在短路的情况下,发生过电流,该过电流然后趋于降低直到电流返回到其标称值为止。因此,闭环控制装置首先对开关105施加高阻抗,然后使其逐渐降低直到其为零为止。当开关105的阻抗为零时,即所测电流IMES不大于参考电流IREF时,就不再执行闭环控制。在实践中,开关的阻抗可能不完全为零。因此,当开关105的阻抗在其最小值处时,可以认为开关105的阻抗为零。0094根据闭环控制的示例性实施方式,开关的阻抗ZT被控制为如下0095当IMEST0IREF时,ZT0AIMEST0IREF,0096那么ZTTZTBIMESTTIREF,0097其中,A和B为正实。

26、数,T0为从IMESIREF开始计的时刻;0098当ZTT0时,停止调节,并且只要IMESTIREF时,ZT0AIMEST0IREF,0105那么只要TIREF开始计的时刻;0107只要TVT,电流IDS为零,晶体管被阻断并且开关105断开。对于给定的曲线201相应地,202、203,如果V1VDS0相应地,V2VDS0,V3VDS0,则电流IDS与电压VDS之间的依赖关系是基本上线性的。曲线201表现出斜率K,使得IDSKVDS,其中从而,晶体管的表现像阻抗Z。斜率K根据VGS的值而变化。因此,可以通过作用于电压VGS的值来获得晶体管的可变阻抗性质。如果VDSV1相应地,VDSV2、VDSV。

27、3,则晶体管处于饱和模式。电压VDS为恒定的,并且漏极与源极之间的阻抗Z为零开关105闭合。通过借助于调节信号VREG来控制电压VGS的值,可以控制晶体管的电流操作模式以及漏极与源极之间的阻抗。0127已知晶体管的特性,本领域的普通技术人员将很容易能够设计闭环控制装置107以提供适合于晶体管的所期望性质的调节信号VREG。0128图3示意性地示出了作为控制信号VREG的函数的半导体开关105的阻抗。0129对于控制信号的在0与VSAT之间的幅度,开关105是闭合的在开关105的端子处的阻抗为零。在实践中,可以取非零但可忽略的值。0130对于控制信号的大于VBLO的幅度,开关105是断开的。01。

28、31对于控制信号的在VSAT与VBLO之间的幅度,开关105表现出依赖于控制信号VREG的阻抗。0132在线性模式下,大多数晶体管表现出调节信号与晶体管的端子之间的阻抗之间的线性依赖关系。从而,简化了对阻抗的控制。0133图4A示出了作为时间T的函数的在链路101上流通的所测电流IMES的第一示例。在时刻T0处,所测电流IMES变得大于参考电流IREF。执行将电流控制至参考电流的值的闭环控制。因此,在与根据本发明的设备100的响应时间相对应的时间T之后,所测电流IMES等于参考电流IREF。0134在从T0开始计的参考时间TREF过去之前,所测电流IMES已回落到参考电流IREF以下。特别地,。

29、所测电流IMES在时刻TOUV处回落到参考电流IREF以下。从时刻TOUV开始,闭合开关105。0135图4B示出了作为时间T的函数的在链路101上流通的所测电流IMES的第二示例。在时刻T0处,所测电流的IMES变得大于参考电流IREF。0136在从T0开始计的参考时间TREF过去之后,所测电流IMES仍未回落到参考电流IREF以下。这导致将开关105断开。因此,从时刻T0TREF开始计,所测电流IMES为零。0137图5通过连续细线曲线501示出了作为时间T的函数的在链路101上流通的所测电流IMES。这是在实施了根据本发明的方法的情况下在链路101上流通的所测电流IMES。参考电流IRE。

30、F在标称电流INOM的15倍至2倍之间。将会记得,标称电流INOM是设计为在理想操作条件下在链路101上流通的电流。标称电流INOM通常大于1A。标称电流INOM例如大于或等于3A,并且为例如3A或5A。0138在时刻TDEF处,出现过电流。所测电流IMES超过参考电流IREF的值。通过根据本发明的方法和设备,调节信号使得可以调节所测电流IMES以将其调节至参考电流IREF的值。因此,在与根据本发明的设备100的响应时间相对应的时间T之后,所测电流IMES等于参考电流IREF。响应时间T非常短,具有数微秒的量级,例如小于10微秒。通过使用电子开关说明书CN104218554A108/10页11。

31、半导体开关来获得这种特别短的响应时间。利用基于机电式断路元件的常规技术将不可能获得这样的响应时间。0139在过电流期间,所测电流达到具有标称电流值INOM的3倍至6倍量级的最大值IMAX。0140作为比较,还在图5中通过虚线曲线502示出了作为时间T的函数的现有技术中在链路101上流通的电流。在该情况下,使用在背景技术中所述的具有较大横截面面积并因此具有较大重量和体积的电力电缆。电流可以达到标称电流值INOM的30倍以上,即数百安培的电流,并且耗费数百毫秒来返回到标称电流值。出于图的易读性的原因,在曲线501与图3的其它曲线之间未观察到标度。0141点划线503对应于标称电流INOM。0142。

32、将假定负载为纯电阻。0143在两个时刻T之间的在虚线曲线502与点划线曲线503之间所包含的区域对应于根据现有技术的电力电缆必须能够耐受的能量。0144连续粗线曲线504示出了电力电缆耐受高电流的能力。粗虚线曲线505示出了电力电缆的机械耐受强度限值。如果作为时间的函数的电流的曲线502在曲线505以下通过,则电力电缆受到损坏。0145在两个时间T之间的在连续细线曲线501与点划线曲线503之间所包含的区域对应于在实施了根据本发明的保护方法的情况下电力电缆必须能够耐受的能量。因此,可以看出,可以大大降低电力电缆耐受高电流的能力,并因此可以大大减小其重量和体积。0146例如已经研究了在其中通过适。

33、合于三安培3A的标称电流INOM的电力电缆来提供电链路的电路。应用了表述“3A保护”。已经能够证实,当标称电流为5A时,根据本发明的方法使得可以保持与3A保护相同的情况。0147对于这一点,将以下进行比较0148第一曲线,其示出了在标称电流为3A的情况下在现有技术中相关联的电力电缆耐受过电流的能力;0149第二曲线,其示出了当实施了根据本发明的方法时在标称电流INOM3A和参考电流IREF4A情况下的所测电流的值;以及0150第三曲线,其示出了当实施了根据本发明的方法时在标称电流INOM5A和参考电流IREF7A情况下的所测电流的值。0151可以尤其证实,第三曲线始终保持在第一曲线以下。因此,。

34、通过根据本发明的方法及设备,给定的保护使得可以适于较大的标称电流值。这相当于指出,对于给定的标称电流,当电路包括根据本发明的设备时,可以减少与电路的高电流耐受强度有关的约束。0152有利地,以集中方式例如在电源的输出处来实施根据本发明的方法相应地,设备。因此,可以限制关于电路的不同元件特别是由所述电源供电的电链路和电气设备项的所有的电流耐受强度约束。0153参照图6A和图6B示出了根据本发明的方法和设备的另外的优点。0154图6A示出了在未实施根据本发明的方法的情况下在启动电气设备项时流通的电流的示例。可以观察到对应于负载电流的过电流。负载电流可以达到最大值IMAX1,该最大值IMAX1最高达。

35、标称电流值INOM的20倍。电流在稳定到标称电流值之前将耗费数毫秒的时间TDEM。说明书CN104218554A119/10页120155因此,电路特别是待被供电的负载和将所述负载与电源连接的电链路将必须能够耐受图6A中阴影所示的能量,该能量与在作为时间的函数的所测电流的曲线601与在标称电流值处恒定的曲线602之间的区域相对应。0156图6B示出了在实施了根据本发明的方法的情况下当启动电气设备项时流通的电流的示例。出于图的易读性的原因,图6A与图6B之间的标度不同。曲线603示出了作为时间的函数的所测电流IMES的值。如图5所示0157所测电流不超过标称电流的三至六倍量级的电流IMAX2,以。

36、及0158在数微秒量级的时间T之后,所测电流被迅速带至参考电流的值。0159因此,电路特别是待被供电的负载和将所述负载与电源连接的电链路将必须能够耐受图6B中阴影所示的能量,该能量与在作为时间的函数的所测电流的曲线603与在标称电流值处恒定的曲线602之间的区域相对应。0160负载被启动时的电流浪涌导致在连接至同一电源的其他负载的端子处出现电压瞬变。在现有技术中,例如当新的负载被启动时通过重新启动已经运行的负载来避免该干扰。另外,还可以添加电容器以使得可以限制电压瞬变的影响。0161本发明使得可以限制负载电流,从而减少电压瞬变。从而避免负载的启动干扰已经运行的其他负载。从而,可以省却在现有技术。

37、中意在限制电压瞬变对已经运行的负载的影响的笨重且体积大的电容器。0162本发明在飞行器中实施,在飞行器中,要考虑重量和体积约束。0163将首先参照图7来描述包括多个根据本发明的保护设备100的配电箱70。0164从现有技术已知用于飞行器的这些配电箱,这些配电箱也被称为“电气主箱”。这样的配电箱接收通过飞行器的至少一个电压源提供的电能作为输入。这里,示出了三个电压源1021、1022、1023。0165每个电压源1021、相应地1022或1023可以包括飞行器的通常位于以下位置的发电机0166在飞行器的后部,在机身的后锥部中,0167在发动机舱中,或者0168对于备用发电机的情况,在机翼中。01。

38、69配电箱将电力分配给飞行器内部的不同电负载1031、1032。这里示出了两个负载1031、1032,但是不言而喻,可以根据其需要提供尽可能多的负载。0170配电箱70通常位于飞行器的前部、在航空电子设备舱中。配电箱70通过电力电缆701被连接至不同的电负载。这些电负载包括各种电气或电子设备项。0171根据本发明的配电箱70包括多个电路保护设备100。有利地,由于存在需要用不同的电流值来向不同的负载供电,所以提供尽可能多的根据本发明的设备100。可以向经由配电箱70被供电的每个负载提供根据本发明的设备100。0172包括保护设备100、负载1031或1032、电力电缆701、以及至少一个电源1。

39、021、1022、1023的每个组件形成根据本发明的电路。0173最后,图8示意性地示出了飞行器80,其包括0174电源1021,相应地1022或1023,0175负载1031、1032,说明书CN104218554A1210/10页130176电力电缆701,以及0177参照图7所描述的配电箱70。0178有利地,飞行器具有金属结构,该结构提供从负载到发电机的电流返回路径。0179实施根据本发明的方法使得可以限制在飞行器的所有电网中流通的最大电流。从而,可以限制对飞行器的众多元件的约束,所述众多元件即0180飞行器的金属结构;0181待被供电的电气或电子设备项,减少其安装和内部配备约束换言之,如果有效地限制到达设备项处的电流,则使对在该设备项输入处的另外的保护设备的需求降低;0182配电箱,其不再必须耐受发电机的短路电流;0183电力电缆;0184被称为线束的电力电缆束。0185特别地,可以使飞行器的总重量减少几十公斤甚至上百公斤。说明书CN104218554A131/3页14图1图2图3图4A图4B说明书附图CN104218554A142/3页15图6B说明书附图CN104218554A153/3页16图7图8说明书附图CN104218554A16。

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