[发明专利]基于航空用的双有源桥电路的大功率DC-DC变换器及其健康管理方法

说明书

本发明提出一种航空用的基于双有源桥电路的大功率DC‑DC变换器及其健康管理方法，变换器用于将机上额定输入270VDC的输入电压变化为28VDC额定输出电压，机载设备提供供电电源。系统基于双有源桥电路实现，具有效率高、控制方式简洁、重量轻等优势；采用4模块并联工作模式，支持最大输出功率为12kW。模块化设计不但易于实现大功率输出，而且可组成任意功率等级的电源系统，提高了电源系统的灵活性，易于实现产品系列化、平台化、标准化。变换器内部集成了健康管理技术，通过对实时采集的变换器运行时各状态参数进行分析和处理，评估所述系统的健康状态，并对内部易失效功率开关管的剩余寿命进行预测，给出维修建议，提出健康管理服务，从而提高整个系统工作的可靠性，降低维修成本。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别地涉及一种航空用的基于双有源桥电路的大功率DC-DC变换器及其健康管理方法。

背景技术

270V高压直流电源系统具有效率高、结构简单、能量转换效率高、功率密度高、易实现不中断供电、使用安全等优点，已成为四代机和未来五代机的主要电源体制。随着多电飞机用电负载多样性的提高，大容量的用电设备对二次电源的要求逐渐提高。现阶段中小功率的DC-DC直流变换器已不能满足现代多电飞机的发展需求，因此研究高可靠性、高效率的270V转28V大功率DC-DC变换器已成为未来航空电源系统的重大课题。

另一方面，由于航空设备的运行可靠性要求高和维修成本高的问题，飞机系统的健康状态预测及管理技术已成为国内外关注的热点。其中电源系统健康状态预测与管理主要包括电源系统劣化模型的构建与状态的在线获取及剩余使用寿命的预测。考虑到军机特殊的工作环境(高压环境、宽温度范围骤变、冲击、振动和电磁辐射)以及变换器自身运行的内部因素(浪涌电流、浪涌电压和负载的突加突卸)，这些因素常常会造成电源系统的关键模块状态参数退化，导致系统工作性能变差，引发结构性故障。其中，功率开关管和电解电容是电源系统中失效率最高的器件，而电解电容可采用薄膜电容进行替代，故功率开关管失效问题是影响电源工作性能的重要因素。因此，研究出一种可评估变换器内部功率器件工作状态及剩余使用寿命的电源健康管理方法尤为重要，是提高产品工作可靠性的关键技术。

发明内容

为解决现有技术问题，本发明提出一种航空用的基于双有源桥电路的大功率DC-DC变换器及其健康管理方法。

所提出变换器用于将机上额定输入270VDC的输入电压变化为28VDC额定输出电压，机载设备提供供电电源。系统基于双有源桥电路实现，具有效率高、控制方式简洁、重量轻等优势；采用4模块并联工作模式，支持最大输出功率为12kW。模块化设计不但易于实现大功率输出，而且可组成任意功率等级的电源系统，提高了电源系统的灵活性，易于实现产品系列化、平台化、标准化。

此外，变换器内部集成了健康管理技术，通过对实时采集的变换器运行时各状态参数进行分析和处理，评估所述系统的健康状态，并对内部易失效功率开关管的剩余寿命进行预测，给出维修建议，提出健康管理服务，从而提高整个系统工作的可靠性，降低维修成本。

本发明的技术方案为：

所述一种航空用的基于双有源桥电路的大功率DC-DC变换器，其特征在于：包括雷电防护及输入滤波电路、主功率电路、主控制器和传感器模块；

所述雷电防护及输入滤波电路输入端与机上270VDC主电源连接，对机上提供的270VDC直流电进行噪声及纹波处理，提供满足主功率电路正常工作的直流母线电压；

所述主功率电路的输入端与雷电防护及输入滤波电路连接，实现DC-DC变换器的功率传输，将270VDC主电源转换为符合性能要求的28V直流，向负载提供电能；

所述传感器模块包括电压传感器模块、电流传感器模块和温度传感器模块，采集DC-DC变换器的母线电压、输出电压、母线电流、输出电流和散热器温度，并将采集的信号输出给主控制器；