派克漢尼汾PARKER: 固態功率控製器(qì)助力未來飛行
2023-03-11 09:41:44
縱(zòng)觀當前市場(cháng)，航空業正在逐步擺脫化石燃料的限(xiàn)製🌼：混合動力飛機和全(quán)電飛機已成為(wéi)發展新趨勢。隨著 “低排(pái)放”和“碳中和”的需求不斷增(zēng)長，OEM製造商希(xī)望在保障乘(chéng)客需求(qiú)的同(tóng)時(shí)，滿足世界各國的(dí)環(huán)保目標––這種趨(qū)勢催生業界對多電飛機（MEA）的關(guān)注。
“傳統”飛機各(gè)大機載係統的動力(lì)主(zhǔ)要來自於航空發動機，而“傳統”航空發動機(jī)消(xiāo)耗的正是化(huà)石燃料：
- 發動機齒(chǐ)輪箱驅動(dòng)發電機，為(wéi)航電🏧，照明和普通(tōng)機艙電器等(děng)機載電力(lì)設備提供電力(lì)；
- 引氣係統利用發動機高壓空氣為座艙增壓係統，防(fáng)冰係統和空調係統供電；
- 發動(dòng)機齒輪箱還驅(qū)動著液壓泵，為飛行(háng)控製(zhì)係統，起落架係統(tǒng)，刹車係統，艙門(mén)作動係統(tǒng)及各類滑油泵，燃(rán)油泵等機械(xiè)係統提供(gōng)動(dòng)力。
在“傳統”飛(fēi)機的發動機(jī)子(zǐ)係統和發動機部(bù)件領域，派克宇航已(yǐ)積累數十(shí)年的(dí)產品(pǐn)和設計經驗。
多電化發展
飛機設計向多電化方向演變後，以(yǐ)上機載係統的實施方式也將隨之改變。無論飛機采(cǎi)用噴氣式發動機🌍，混(hùn)合動力，抑或全電驅動模式🐛，其液壓，氣動(dòng)，滑油，燃油係統以及飛控，環控，刹(chà)車等係統(tǒng)中使用的機械泵都將被電動泵和電作動器(qì)取代。
在多電化發展的初(chū)期，以上係統仍將依靠燃氣發動機驅動發電(diàn)機(jī)供(gōng)能；但最終，燃氣發動機將被全(quán)電馬達(dá)和電池取代。這一變化將首先從通(tōng)勤運(yùn)輸(shū)機(jī)和城(chéng)市空中交通等小(xiǎo)型平台開始，最終(zhōng)推廣到全行業。
從氣(qì)動，液(yè)壓動力(lì)轉變到電力驅動，電力處理能力和處理(lǐ)效率是(shì)關鍵。多電飛機的(dí)係(xì)統電壓將從28伏(fú)直流電和(hé)115伏(fú)交流電(diàn)上(shàng)升到1000伏直流電，所需(xū)電力將由發電機和電(diàn)池組共(gòng)同提供，需(xū)用一套先(xiān)進(jìn)靈活的配電係(xì)統管理電力(lì)需求。
新需求催(cuī)生新方案(àn)
隨著電能供需增加，設計上(shàng)須(xū)考慮短路或過(guò)載條件下可能引發的重大損害。舉(jǔ)個例子(zǐ)，如(rú)果270伏鋰離子電池發生短路🎞，幾微秒內短路綫路(lù)上的電流就能超(chāo)過2000安培。目前機上使用的典型電氣接口由機械繼電器和連接器(qì)組成，其設備速度不僅不能防止(zhǐ)故障傳送(sòng)，更可能在故障中發生不可逆的熔斷。這種現狀推動了業界對耐高(gāo)電壓和(hé)高功率電(diàn)力總綫(xiàn)的(dí)需求😁。
為(wéi)回應這項需求，派克宇航流體(tǐ)係統分部開發了一(yī)種(zhǒng)模(mó)塊化的固態功率控(kòng)製器(qì)（SSPC）。作(zuò)為獨立使(shǐ)用的單元，SSPC替代(dài)了原來的(dí)機械繼電器或連接(jiē)器(qì)。在大(dà)型配電係統(tǒng)中，多個固態功率(shuài)控製器可以(yǐ)整合(hé)為一個固(gù)態配電單元（SSEDU）。如(rú)果把SSPC想象成一個單(dān)獨的斷路器，那麼SSEDU就是包含多個斷路器的(dí)斷路器(qì)箱。一個SSEDU可以(yǐ)配置兩個或更多的(dí)SSPC，每個SSPC提供一條獨立的控製通道。
利(lì)用先進(jìn)的碳化矽技術，派克宇航的SSPC采用了模塊化架(jià)構，延展出適配多種平台的(dí)潛力，顯(xiǎn)著降低(dī)設計和驗證費用🤼。
SSPC的部分(fēn)特性如(rú)下：
- 每(měi)個通道均具(jù)備高速度(dù)，高效率，高功率密度的特(tè)性
- 高速故障緩解(jiě)及總綫重置
- 可編程的I2T故障保護
- 浪(làng)湧電流緩(huǎn)解（用(yòng)於(yú)高電容輸入載荷）
- 低RDSon效率大(dà)幅提升
- 雙向和雙極SSPC選項
- 離散量輸入(rù)或通信總(zǒng)綫(xiàn)控(kòng)製
- 支(zhī)持ARINC 429🦣，Mil-Std-1553，CAN及(jí)其他總綫
SSPC的倍增效益
在多通(tōng)道(dào)配置中，每一個SSPC均可(kě)單獨(dú)編程😂，也能夠與其他SSPC組合使用，從而提供大量的電(diàn)源開(kāi)/關構型。在同(tóng)一(yī)個SSEDU中，可配置(zhì)上電排序，電源及負載隔離，電源布綫(xiàn)🂮，電流雙向流從而實現(xiàn)電池充放(fàng)電，且每(měi)個(gè)SSPC上的電壓，電(diàn)流，溫度和其他性(xìng)能與故障數(shù)據均可讀取。
派(pài)克宇航SSPC的原始概念(niàn)是在配電係統應用中實現(xiàn)一種具(jù)備保護和(hé)控製功能的模塊，且(qiě)該設計應具有可擴展性和靈活性(xìng)。成品SSPC模塊不僅符合概念(niàn)，更(gēng)提供(gōng)超越技術規範的額外收益：
✔ 減少研發(fā)費用（NRE）和研發時間
✔ 減(jiǎn)少平台(tái)取證成(chéng)本和取證時間
✔ 在跨平台和應用中，可基於(yú)通用的(dí)子(zǐ)部件用相(xiāng)似性(xìng)進行取證
✔ 降低對關鍵組件(jiàn)或關鍵供應商的依(yī)賴
✔ 提升集成新技(jì)術的可行性
✔ 能夠在(zài)多(duō)個(gè)應用中使用相同的(dí)零件號
派克已完成對第一代SSEDU的測試。第一代(dài)SSEDU設計為8通道，每個通(tōng)道配置為(wéi)270伏直流電，電流負(fù)載為20至150安培，試驗驗證了(liǎo)可程控和手動切換控製，可脫開(kāi)的短(duǎn)路故障緩解，啟(qǐ)動和運行階段過流保護，持續加載熱效率及(jí)單個(gè)通道支(zhī)持雙向(xiàng)電流的功(gōng)能🏖。
研(yán)發中(zhōng)的(dí)第二代SSPC采用雙通(tōng)道設計(jì)，體積更緊湊，質(zhì)量更輕👀，熱效率更高。全功能演示產品將證明，派克SSPC和SSED適合新一代多電飛機所需的各類控製，保(bǎo)護和拓展性部件應用。
