Brevet FR3024926A1 — publié le 20160219

Système d'alimentation de cartes électroniques d'un système de distribution électrique. L'invention a pour domaine technique les alimentations électriques de cartes électroniques, et plus particulièrement de telles alimentations électriques de cartes électroniques dans un système de distribution électrique. Un aéronef possède en général un système électrique comprenant notamment un système de distribution primaire d'énergie électrique et un système de distribution secondaire. Ce système de distribution secondaire permet de protéger et de distribuer la puissance électrique provenant de sources internes, par exemple des générateurs ou des batteries, ou de sources externes, telles que des groupes de parc. Le système de distribution secondaire est composé de plusieurs cartes électroniques : des cartes de calcul et communication (EDMU) et des cartes de protection (SSPC). Certaines configurations comportent parfois des cartes d'alimentation spécifiques. Les fonctions électroniques internes des cartes sont généralement alimentées par des lignes 28V dédiées, soit directement à partir d'une source prise dans le coeur primaire, soit via une carte d'alimentation interne au système de distribution secondaire. La figure 1 illustre le système d'alimentation d'un rack 1 équipé de cartes de protection, référencées 2a, 2b et 2c, assurant la protection de trois ensembles de voies SSPC dites voies protégées, référencés 3a, 3b et 3c. Les cartes EDMU destinées au contrôle logique des cartes de protection ne sont pas représentées, dans un souci de clarté. Chaque carte de protection 2a, 2b et 2c comporte deux entrées d'alimentation, une première entrée 4a, 4b et 4c connectée à une ligne de puissance destinée à être distribuée par la carte de protection aux 3024926 2 différentes charges connectées par l'intermédiaire d'au moins une voie protégée et une deuxième entrée 5a, 5b et 5c connectée à une ligne d'alimentation auxiliaire destinée à l'alimentation interne de la carte de protection et de la voie protégée. L'entrée destinée à l'alimentation 5 interne est éventuellement redondée (deux entrées) pour des raisons de disponibilité. Des bus internes sont reliés par des entrées 6a, 6b, 6c, 7a, 7b et 7c aux cartes de protection. Chaque carte de protection comporte un seul convertisseur continu-continu (8a, 8b et 8c transformant la tension reçue sur la 10 deuxième entrée 5a, 5b et 5c en tensions (typiquement 12V, 3V3, etc.) utilisables par les fonctions électroniques internes de la carte de protection, notamment l'alimentation des microprocesseurs 9a, 9b et 9c, la génération des signaux de commande des transistors 10a, 10b et 10c commandant les voies protégées et les mesures de courant et de 15 tension. Etant donné que les autres éléments de la carte de protection sont soit redondés, soit dédiés à une voie protégée, ce convertisseur continu-continu devient de facto le point commun à l'ensemble des fonctions de la carte de protection et de la voie protégée. En cas de 20 panne du convertisseur continu-continu, l'ensemble des fonctions de la carte de protection et de la voie protégée de la carte sont perdus. Par ailleurs, on réalise généralement une ségrégation entre l'alimentation de puissance et l'alimentation interne du SSPC, pour éviter qu'une panne simple sur l'alimentation de puissance ne se 25 propage à l'électronique du SSPC. Dans un autre exemple de réalisation, illustré par la figure 2, l'alimentation interne est fournie par une carte d'alimentation 11. La carte d'alimentation 11 comporte un convertisseur continu-continu, portant la référence 11a, qui fournit une tension régulée et protégée, 30 ce qui permet de simplifier la conception des convertisseurs continu- continu 8a, 8b et 8c des cartes de protection. Cette tension peut être également redondée si les exigences de sécurité le nécessitent. La redondance peut s'étendre au convertisseur continu-continu lia de la carte d'alimentation 11. Un tel exemple est 3024926 3 illustré par la figure 3, dans lequel la carte d'alimentation 11 comprend deux convertisseurs continu-continu 11 a et llb alimentant deux rails de tension régulée, chaque rail alimentant de façon redondée chaque convertisseur continu-continu 8a, 8b et 8c de chaque carte de 5 protection. Enfin, la redondance peut être étendue aux convertisseurs internes continu-continu 8a, 8b et 8c des cartes de protection, ce qui élimine le point commun représenté par cette fonction dans les figures 1 à 3. Un tel exemple est illustré par la figure 4 dans lequel chaque 10 carte de protection 2a, 2b et 2c comprend deux convertisseurs continu- continu respectivement 8a et 11a, 8b et 1 lb et 8c et 11c, chaque convertisseur continu-continu étant alimenté par un convertisseur continu-continu lia et llb différent de la carte d'alimentation 11. Les deux convertisseurs continu-continu de chaque carte de protection 15 fournissant la tension d'alimentation interne de la carte de protection. De telles structures présentent l'avantage d'une séparation entre fonctions de puissance et fonctions logiques ainsi que d'une disponibilité et un coût SSPC variable suivant le schéma retenu. Toutefois, elles présentent également l'inconvénient de nécessiter une 20 carte d'alimentation dédiée, impliquant une référence et une masse supplémentaires dans le rack de cartes, ainsi que des couts de développement, fabrication et de maintenance supplémentaires. Ces couts supplémentaires s'appliquent également au doublage des lignes d'alimentation externe et au double rail d'alimentation interne, pour 25 chaque rack de cartes de protection. Il existe un besoin pour un système d'alimentation de cartes électroniques ne nécessitant pas de cartes d'alimentation et fournissant le niveau de disponibilité le plus élevé avec le coût le plus faible. L'invention a pour objet un système d'alimentation de cartes 30 électroniques comprenant au moins deux cartes de protection aptes à commander chacune l'alimentation d'au moins une voie protégée à partir d'une ligne de puissance. Chaque carte de protection comprend au moins un convertisseur de tension apte à fournir une tension d'alimentation interne de la carte de protection à partir d'une tension 3024926 4 d'alimentation, le convertisseur de tension d'une première carte de protection étant connecté à au moins une deuxième carte de protection de sorte à être apte à fournir l'alimentation interne de la deuxième carte de protection en cas de défaillance du convertisseur de tension 5 de la deuxième carte de protection. Le convertisseur de tension peut être apte à être alimenté par la ligne de puissance et par une ligne d'alimentation auxiliaire présentant des tensions différentes. Le système peut comprendre un moyen passif de sélection 10 d'alimentation apte à fournir l'alimentation interne d'une première carte de protection avec la tension fournie par le convertisseur de tension d'une deuxième carte de protection lorsque la tension fournie par le convertisseur de tension de la première carte de protection est absente. Le moyen passif de sélection d'alimentation comprend une 15 première entrée connectée au convertisseur de tension d'une deuxième carte de protection et une deuxième entrée connectée au convertisseur de tension de la première carte de protection et une sortie connectée à l'alimentation interne de la première carte de protection. La première entrée est connectée à l'anode d'une première diode, la cathode de la 20 première diode étant connectée à l'anode d'une deuxième diode, la cathode de la deuxième diode étant connectée à la sortie. La deuxième entrée est connectée à l'anode d'une troisième diode, la cathode de la troisième diode étant connectée à la sortie. Le convertisseur de tension de chaque carte de protection peut 25 être connecté à l'alimentation interne d'au moins une autre carte de protection par l'intermédiaire d'un bus d'alimentation de secours commun. Le convertisseur de tension de chaque carte de protection peut être apte à fournir l'alimentation interne d'au moins deux cartes de 30 protection. Le système peut comprendre un moyen d'interconnexion apte à fournir l'alimentation interne d'une première carte de protection avec la tension fournie par le convertisseur de tension d'une deuxième carte de protection lorsque la tension fournie par le convertisseur de 3024926 5 tension de la première carte de protection est absente, le moyen d'interconnexion comprenant le convertisseur de tension de la première carte de protection relié en entrée à la ligne de puissance et à la ligne d'alimentation auxiliaire, le convertisseur de tension étant 5 relié en sortie à un organe de protection connecté lui-même en sortie à une première diode par son anode, la cathode de la première diode étant connectée au bus d'alimentation de secours commun, l'anode d'une deuxième diode étant connectée entre la sortie du convertisseur de tension et l'entrée de l'organe de protection, la cathode de la 10 deuxième diode étant connectée à l'alimentation interne de la première carte de protection, le moyen d'interconnexion comprenant une entrée connectée au bus d'alimentation de secours commun reliée à une première borne d'un interrupteur, la deuxième borne de l'interrupteur étant connectée à l'anode d'une troisième diode, la cathode de la 15 troisième diode étant reliée à la cathode de la deuxième diode et à l'alimentation interne de la première carte de protection. Chaque connexion entre un convertisseur de tension d'une première carte de protection et l'alimentation interne d'une autre carte peut être protégée en entrée par un fusible destiné à isoler le 20 convertisseur de tension de la première carte de l'alimentation interne d'une deuxième carte afin de limiter la propagation d'une panne du convertisseur de tension de la première carte vers l'alimentation interne de la deuxième carte, et chaque connexion étant également protégée en sortie par un organe de protection afin d'éviter une 25 propagation d'une panne de l'alimentation interne de la deuxième carte vers le convertisseur de tension de la première carte. Un organe de protection peut être un discret avec une limitation en courant ou un fusible. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre le système d'alimentation d'un rack équipé de cartes de protection, 3024926 6 - la figure 2 illustre un autre exemple de système d'alimentation d'un rack équipé de cartes de protection comprenant des cartes PS, - la figure 3 illustre un autre exemple de système 5 d'alimentation d'un rack équipé de cartes de protection à carte d'alimentation redondée, - la figure 4 illustre un autre exemple de système d'alimentation d'un rack équipé de cartes de protection à alimentation redondée et à carte d'alimentation redondée, 10 - la figure 5 illustre un premier mode de réalisation d'un système d'alimentation de cartes électroniques selon l'invention, - la figure 6 illustre un moyen passif de sélection d' alimentation, - la figure 7 illustre un deuxième mode de réalisation d'un 15 système d'alimentation de cartes électroniques selon l'invention, et - la figure 8 illustre un moyen d'interconnexion à un bus d'alimentation de secours commun. La figure 5 illustre un premier mode de réalisation d'un système d'alimentation de cartes de protection dans lequel les 20 alimentations internes sont chainées. Par rapport aux exemples précédents, un tel système est dépourvu de carte d'alimentation 11. On peut voir que ce mode de réalisation diffère en plus de ceux décrits ci-dessus de par le fait que le convertisseur de tension 13a, 25 13b et 13c propre à chaque carte de protection est connecté à la ligne d'alimentation auxiliaire de manière similaire à l'alimentation interne des cartes de protection dans les exemples précédents, et à la ligne de puissance 4a, 4b et 4c alimentant les voies protégées. Le convertisseur de tension 13a, 13b et 13c comprend ainsi des 30 fonctions de conversion continu-continu similaires à celles des convertisseurs continu-continu décrits ci-dessus et comprend également une fonction de redressement d'une tension alternative de sorte à pouvoir fonctionner avec deux tensions d'alimentation 3024926 7 différentes, y compris si elles sont de nature différente (ex : ligne de puissance à 115VAC, ligne auxiliaire à 28VDC). Cette solution permet d'avoir une alimentation stable en cas de défaut sur la ligne de puissance, par exemple un trou de tension lors 5 d'un transfert, ce qui évite une réinitialisation des cartes de protection et donc un retour de l'alimentation vers les charges le plus rapide possible, ou un court-circuit sur une charge entrainant un écroulement de l'alimentation via les cartes de protection, Cette solution permet également d'avoir une alimentation 10 stable en cas de fonctionnement de l'avion au sol où tout ou partie des alimentations primaires sont inactives. Les cartes de protection peuvent alors être alimentées par l'alimentation auxiliaire pour des opérations de maintenance. Cette solution évite de redonder l'entrée d' alimentation 15 auxiliaire 5a, 5b et 5c puisque la redondance est déjà apportée par la ligne de puissance 4a, 4b et 4c. De plus, la redondance des convertisseurs de tension 13a, 13b et 13c des cartes de protection est assurée en chainant les cartes de sorte que le convertisseur continu-continu d'une carte de protection 20 alimente la carte de protection adjacente. Le convertisseur de tension 13a, 13b et 13c est alors dimensionné pour alimenter deux cartes de protection. En cas de panne sur le convertisseur de tension 13a, 13b et 13c d'une carte de protection, la carte de protection adjacente assure la continuité d'alimentation. 25 Cette solution est plus avantageuse que de doubler les convertisseurs de tension 13a, 13b et 13c sur les cartes de protection, car une alimentation d'une puissance doublée est toujours moins volumineuse et surtout moins couteuse que deux alimentations. Au niveau de chaque carte de protection, l' entrée 30 d'alimentation externe 14a, 14b, 14c provenant de la carte adjacente est mise en commun avec l'alimentation interne provenant du convertisseur de tension 13a, 13b et 13c de façon à ce que l'alimentation interne soit prioritaire. La figure 6 illustre un moyen passif de sélection d'alimentation comprenant une première diode 15 3024926 8 reliée par son anode à l'alimentation externe 14 et par sa cathode à l'anode d'une deuxième diode 16, la cathode de la deuxième diode 16 étant connectée à l'alimentation interne de la carte de protection. Le moyen passif de sélection d'alimentation comprend par ailleurs une 5 troisième diode 17 connectée par sa cathode à l'alimentation interne de la carte de protection et par son anode à la tension produite par le convertisseur de tension 13. De par la nature régulée des tensions d'alimentation et de par la chute de tension apparaissant aux bornes d'une diode non idéale, l'alimentation externe ne peut alimenter la 10 carte de protection que si la tension produite par le convertisseur continu-continu de cette même carte est absente. Une mesure de tension aux différents points (12V interne, 12V externe au point milieu des diodes, 12V) permet de diagnostiquer une panne d'alimentation ou de diode. 15 La ligne d'alimentation externe 14 exportée d'une carte vers l'autre est protégée (par exemple par fusible) afin d'éviter une propagation de panne entre les cartes. Un tel mode de réalisation présente l'avantage d'une disponibilité équivalente à la solution la plus complexe selon l'état de 20 l'art avec le coût de la solution la plus simple. La figure 7 illustre un deuxième mode de réalisation d'un système d'alimentation de cartes de protection dans lequel les alimentations internes sont redondées par l'intermédiaire d'un bus d'alimentation de secours commun 18. 25 Le convertisseur de tension 13a, 13b et 13c de chaque carte est dimensionné pour fournir une alimentation équivalente à celle nécessaire à l'alimentation de deux cartes de protection. La sortie du convertisseur de tension 13a, 13b et 13c de chaque carte est connectée à un bus d'alimentation de secours commun 18. En cas de panne 30 d'alimentation d'une carte, le bus d'alimentation de secours commun 18 fournit l'alimentation à la carte en panne. Par rapport au mode de réalisation précèdent, il apparait que le système d'alimentation de n cartes de protection peut maintenir 3024926 9 l'ensemble des cartes en fonction si les convertisseurs continu-continu de n/2-1 cartes de protection font défaut. La figure 8 illustre un moyen d'interconnexion d'une carte de protection au bus d'alimentation de secours commun 18 et aux 5 alimentations issues de la ligne de puissance 4, de la ligne d'alimentation auxiliaire 3. Le moyen d'interconnexion comprend un convertisseur de tension 13 relié, comme dans le cas du premier mode de réalisation, en entrée à la ligne de puissance 4 et à la ligne d'alimentation auxiliaire 10 3. Le convertisseur de tension 13 est relié en sortie à un organe de protection 19, de type sortie discrète DSO protégée ou à fusible, connecté lui-même en sortie à une première diode 20 par son anode, la première diode 20 étant connectée en sortie au bus d'alimentation de secours commun 18 par l'intermédiaire de sa cathode. 15 Entre la sortie du convertisseur de tension 13 et l'entrée de l'organe de protection 19, est connectée l'anode d'une deuxième diode 21. La cathode de la deuxième diode 21 est connectée à l'alimentation interne de la carte de protection. De plus, le moyen d'interconnexion comprend une entrée 20 connectée au bus d'alimentation de secours commun 18 reliée à une première borne d'un interrupteur 22, la deuxième borne de l'interrupteur 22 étant connectée à l'anode d'une troisième diode 23. La cathode de la troisième diode 23 est reliée à la cathode de la deuxième diode 21 et à l'alimentation interne de la carte de protection. 25 Le moyen d'interconnexion permet la mise en commun des alimentations au travers de diodes. L'alimentation issue du bus d'alimentation de secours commun ne débite dans une carte que si la tension interne de la carte est défaillante. De plus, chaque point de connexion au bus d'alimentation de 30 secours commun 18 est protégé. En entrée, un fusible est placé en tête et est destiné à isoler la carte du bus en cas de court-circuit interne et éviter ainsi une propagation de panne de la carte vers le bus, En sortie, l'alimentation issue du convertisseur de tension 13 à destination du bus d'alimentation de secours est protégée par une 3024926 10 sortie discrète (DSO) avec une limitation en courant. En cas de dépassement de courant, la sortie discrète DSO coupe la ligne afin d'éviter une propagation de la panne du bus vers l'alimentation interne. 5 Les différentes tensions sont mesurées par les microprocesseurs de la carte afin de diagnostiquer toute panne (fusible, diodes, convertisseurs). Dans ce but, différents points de mesure peuvent être prévus, notamment en sortie du convertisseur de tension 13, entre l'anode de la deuxième diode 21 et l'organe de protection 19, entre la 10 sortie de l'organe de protection 19 et l'anode de la première diode 20, entre la deuxième borne de l'interrupteur 22 et l'anode de la troisième diode 23, et en aval des cathodes des deuxième et troisième diodes. Ces différents points de mesure permettent de déterminer la défaillance de tout ou partie des composants du moyen 15 d'interconnexion. Il est à noter que ce type de protection peut être appliqué au premier mode de réalisation. Le mode de réalisation illustré par les figures 7 et 8 présente l'avantage d'une disponibilité équivalente à la solution la plus 20 complexe avec le coût de la solution la plus simple, parmi les solutions illustrées par les figures 1 à 4. Par ailleurs, la création d'un point commun situé au niveau du bus de secours est sans effet sur la sécurité vu les dispositifs de protection décrits au niveau du moyen d'interconnexion. 25 En variante, il est possible de créer plusieurs bus d'alimentation de secours au sein d'un même rack de cartes de protection de sorte qu'une première partie des cartes partagent un premier bus de secours, tandis qu'une deuxième partie des cartes partagent un deuxième bus de secours. Cela permet d'éviter de 30 déployer un point commun sur l'ensemble du rack. REVENDICATIONS1. Système d'alimentation de cartes électroniques d'un système de distribution électrique comprenant au moins deux cartes de protection (2a, 2b) aptes à commander chacune l'alimentation d'au moins une voie protégée (3a, 3b) à partir d'une ligne de puissance (4a, 4b), caractérisé par le fait que chaque carte de protection (2a, 2b) comprend au moins un convertisseur de tension (13a, 13b) apte à fournir une tension d'alimentation interne de la carte de protection à partir d'une tension d'alimentation, le convertisseur de tension (13a) d'une première carte de protection (2a) étant connecté à au moins une deuxième carte de protection (2b) de sorte à être apte à fournir l'alimentation interne de la deuxième carte de protection (2b) en cas de défaillance du convertisseur de tension (13b) de la deuxième carte de protection (2b). 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le convertisseur de tension (13a, 13b) est apte à être alimenté par la ligne de puissance (4a, 4b) et par une ligne d'alimentation auxiliaire (5a, 5b) présentant des tensions différentes. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant un moyen passif de sélection d'alimentation apte à fournir l'alimentation interne d'une première carte de protection (2a) avec la tension fournie par le convertisseur de tension (13b) d'une deuxième carte de protection (2b) lorsque la tension fournie par le convertisseur de tension (13a) de la première carte de protection (2a) est absente, et dans lequel le moyen passif de sélection d'alimentation comprend une première entrée connectée au convertisseur de tension (13b) d'une deuxième carte de protection (2b) et une deuxième entrée connectée au convertisseur de tension (13a) de la première carte de protection (2a) et une sortie connectée à l'alimentation interne de la première carte de protection (2a), 3024926 12 la première entrée est connectée à l'anode d'une première diode (15), la cathode de la première diode (15) étant connectée à l'anode d'une deuxième diode (16), la cathode de la deuxième diode (16) étant connectée à la sortie, 5 la deuxième entrée est connectée à l'anode d'une troisième diode (17), la cathode de la troisième diode (17) étant connectée à la sortie. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le convertisseur de tension de chaque carte de protection 10 est connecté à l'alimentation interne d'au moins une autre carte de protection par l'intermédiaire d'un bus d'alimentation de secours commun (18). 5. Système selon la revendication 4, dans lequel le convertisseur de tension de chaque carte de protection est apte à 15 fournir l'alimentation interne d'au moins deux cartes de protection. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, comprenant un moyen d'interconnexion apte à fournir l'alimentation interne d'une première carte de protection (2a) avec la tension fournie par le convertisseur de tension (13b) d'une deuxième carte de 20 protection (2b) lorsque la tension fournie par le convertisseur de tension (13a) de la première carte de protection (2a) est absente, le moyen d'interconnexion comprenant le convertisseur de tension (13a) de la première carte de protection (2a) relié en entrée à la ligne de puissance et à la ligne d'alimentation auxiliaire, 25 le convertisseur de tension (13a) étant relié en sortie à un organe de protection (19) connecté lui-même en sortie à une première diode (20) par son anode, la cathode de la première diode (20) étant connectée au bus d'alimentation de secours commun (18), l'anode d'une deuxième diode (21) étant connectée entre la 30 sortie du convertisseur de tension et l'entrée de l'organe de protection (19), la cathode de la deuxième diode (21) étant connectée à l'alimentation interne de la première carte de protection (2a), le moyen d'interconnexion comprenant une entrée connectée au bus d'alimentation de secours commun (18) reliée à une première 3024926 13 borne d'un interrupteur (22), la deuxième borne de l'interrupteur (22) étant connectée à l'anode d'une troisième diode (23), la cathode de la troisième diode (23) étant reliée à la cathode de la deuxième diode (21) et à l'alimentation interne de la première carte de protection (2a). 5 7 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque connexion entre un convertisseur de tension d'une première carte de protection et l'alimentation interne d'une autre carte est protégée en entrée par un fusible destiné à isoler le convertisseur de tension de la première carte de l'alimentation 10 interne d'une deuxième carte afin de limiter la propagation d'une panne du convertisseur de tension de la première carte vers l'alimentation interne de la deuxième carte, et chaque connexion étant également protégée en sortie par un organe de protection (19) afin d'éviter une propagation d'une panne de 15 l'alimentation interne de la deuxième carte vers le convertisseur de tension de la première carte. 8. Système selon la revendication 7, dans lequel un organe de protection (19) est un discret avec une limitation en courant ou un fusible. 20