(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機での電力分配の改善を実現するシステムおよびデバイスを提供する。【解決手段】電力分配システムは、電力供給１２０に接続された第１のワイヤリングハーネス１５０と、第１のワイヤリングハーネス１５０を通して電力供給１２０に接続された少なくとも１つの統合スイッチング電力変換装置１８０と、第２のワイヤリングハーネス１６０を通してそれぞれの統合スイッチング電力変換装置１８０のそれぞれの出力に接続された少なくとも１つの電気負荷１７０とを備える。本発明の様々な実施形態に従った１つまたは複数の統合スイッチング電力変換装置１８０を使用することによって、航空機で電力を分配するために必要なワイヤリングの全重量の減少を実現することができる。【選択図】図２
2013082434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機用の電力分配システムであって、
電力供給に接続された第１のワイヤリングハーネスと、
前記第１のワイヤリングハーネスを通して前記電力供給に接続された少なくとも１つの統合スイッチング電力変換装置と、
第２のワイヤリングハーネスを通してそれぞれの統合スイッチング電力変換装置のそれぞれの出力に接続された少なくとも１つの電気負荷と
を備える電力分配システム。
【請求項２】
それぞれの電気負荷が、前記電気負荷に電力を供給する前記それぞれの統合スイッチング電力変換装置の近位に位置付けされている、請求項１記載の電力分配システム。
【請求項３】
統合スイッチング電力変換装置をそれのそれぞれの電気負荷に接続する前記第２のワイヤリングハーネスの出力コネクタ電線の長さ（ＬOUT）が、前記電力供給を前記それぞれの統合スイッチング電力変換装置に接続するコネクタ電線の長さ（ＬPSU）よりも短い、請求項１または２のいずれか記載の電力分配システム。
【請求項４】
ＬOUT＜ＬPSU／２、ＬOUT＜ＬPSU／５、ＬOUT＜ＬPSU／１０、またはＬOUT＜ＬPSU／１００であるようにＬPSU＞ＬOUTである、請求項３記載の電力分配システム。
【請求項５】
前記第２のワイヤリングハーネスが、直流用のケーブルを含む、請求項１乃至４のいずれか記載の電力分配システム。
【請求項６】
前記直流用ケーブルは、定格が低電圧動作でかつ＞５ｋＷ、＞１０ｋＷ、約２０ｋＷ、または＞２０ｋＷの電力である、請求項５記載の電力分配システム。
【請求項７】
前記低電圧が、３０Ｖ未満である、請求項６記載の電力分配システム。
【請求項８】
前記第１のワイヤリングハーネスは、定格が＞１００Ｖ、＞２００Ｖ、＞２５０Ｖ、約２３０Ｖ、２７０Ｖ、または５４０Ｖでの直流または交流動作であるＨＴケーブルを含む、請求項１乃至７のいずれか記載の電力分配システム。
【請求項９】
前記第１のワイヤリングハーネスが、ツイン導体を備える高電圧直流ケーブルを含む、請求項１乃至８のいずれか記載の電力分配システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの統合スイッチング電力変換装置が、少なくとも１つの直流−直流電力変換装置を含む、請求項１乃至９のいずれか記載の電力分配システム。
【請求項１１】
トランスフォーマレクチファイアユニット（ＴＲＵ）の分散機能同等物を実現するように一緒に構成された複数の統合スイッチング電力変換装置を備える、請求項１乃至１０のいずれか記載の電力分配システム。
【請求項１２】
航空機で使用される統合スイッチング電力変換装置であって、
第１のレベルの入力電圧を第２のレベルの出力電圧に変換する電圧変換回路と、
前記出力電圧を１つまたは複数の負荷に接続する出力コネクタと、
前記出力コネクタによって前記１つまたは複数の負荷に供給される出力電圧および／または出力電流を調整する固体電力制御回路と
を備える統合スイッチング電力変換装置。
【請求項１３】
単一部品パッケージ中に備え付けられた、請求項１２記載の統合スイッチング電力変換装置。
【請求項１４】
前記電圧変換回路および固体電力制御回路が、集積回路として一緒に形成されている、請求項１２または請求項１３記載の統合スイッチング電力変換装置。
【請求項１５】
前記電圧変換回路および固体電力制御回路が、１つまたは複数の炭化ケイ素（ＳｉＣ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、請求項１２乃至１４のいずれか記載の統合スイッチング電力変換装置。
【請求項１６】
前記固体電力制御回路が、前記出力コネクタのＩ2ｔ保護を行うことができる、請求項１２乃至１５のいずれか記載の統合スイッチング電力変換装置。
【請求項１７】
前記電圧変換回路が、１つまたは複数のスイッチング変換装置を含む、請求項１２乃至１６のいずれか記載の統合スイッチング電力変換装置。
【請求項１８】
前記１つまたは複数のスイッチング変換装置が、少なくとも１つの直流−直流変換装置を含む、請求項１７記載の統合スイッチング電力変換装置。
【請求項１９】
前記固体電力制御回路が、前記電圧変換回路によって実現される前記１つまたは複数のスイッチング変換装置を制御することができる制御ユニットを含む、請求項１７または請求項１８記載の統合スイッチング電力変換装置。
【請求項２０】
前記制御ユニットが、さらに、前記出力コネクタを通して出力される電流を感知することができる、請求項１９記載の統合スイッチング電力変換装置。
【請求項２１】
前記制御ユニットが、前記統合スイッチング電力変換装置でアルゴリズム的処理を実行して固体電力制御（ＳＳＰＣ）機能を提供することができる、請求項１９または請求項２０記載の統合スイッチング電力変換装置。
【請求項２２】
前記制御ユニットが、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式を実行して、前記１つまたは複数のスイッチング変換装置の出力を制御する可変スイッチングデューティサイクルを生成することができる、請求項１９乃至２１のいずれか記載の統合スイッチング電力変換装置。
【請求項２３】
実質的に添付の図面に関連して先に説明されたような航空機用電力分配システム。
【請求項２４】
実質的に添付の図面に関連して先に説明されたような、航空機で使用される統合スイッチング電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に航空機での電力分配に関する。より詳細には、本発明は、航空機での電力分配の改善を実現するシステムおよびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用の従来の電力分配システム（１〜５）は、航空機補助電源装置（ＡＰＵ）などの機上発電機から得られる比較的高電圧の交流入力を直流出力に変換するトランスフォーマレクチファイアユニット（ＴＲＵ）を備えている。そのようなＴＲＵは、ＡＰＵの近位に位置付けされることがあり、そのとき低電圧大電流バスが使用されて航空機胴体のあちこちの様々な負荷に電力を分配している。その上、１つまたは複数の固体電力制御装置（ＳＳＰＣ）などの様々な従来のワイヤハーネス保護デバイス（６〜１０）が、様々な負荷に供給される電力を制御するために備え付けられて、過電圧状態を防ぎ、アーク保護、避雷、その他を行うことがある。
【０００３】
例えば、用意された低電圧ケーブルを使用して航空機のあちこちに直流２８ボルトを分配する配電を行うために、３相２３０ボルト入力が、ＴＲＵによって直流２８ボルト出力に変換されることがある。しかし、そのような低電圧ケーブルは、加熱することなしに大電流（例えば、７００アンペア）を伝導できる必要がある。このことは、必要なケーブルが必然的に大きな導体コアを持ち、重いことを意味している。さらに、ＴＲＵは一般に発電機の近位に位置付けされるので、結果として、航空機全体の至る所に低電圧電力を分配するために数キロメートルのケーブルが必要になることがある。したがって、このことは必然的に、航空機ワイヤリングハーネスが重いことを意味している。
【発明の概要】
【０００４】
したがって、本発明は、知られた航空機電力分配システムに関連した上述の欠点を念頭に置きながら発明された。したがって、本発明の第１の態様に従って、航空機用の電力分配システムが提供される。電力分配システムは、電力供給に接続された第１のワイヤリングハーネスを備える。少なくとも１つの統合スイッチング電力変換装置が、第１のワイヤリングハーネスを通して電力供給に接続されている。さらに、少なくとも１つの電気負荷が、第２のワイヤリングハーネスを通して、それぞれの統合スイッチング電力変換装置のそれぞれの出力に接続されている。
【０００５】
本発明のさらなる態様に従って、航空機で使用される統合スイッチング電力変換装置（ＩＳＰＣ）が提供される。この統合スイッチング電力変換装置は、第１のレベルの入力電圧を第２のレベルの出力電圧に変換する電圧変換回路と、この出力電圧を１つまたは複数の負荷に接続する出力コネクタを備える。また、ＩＳＰＣには、出力コネクタによって１つまたは複数の負荷に供給される出力電圧および／または出力電流を調整する固体電力制御回路が含まれている。
【０００６】
統合スイッチング電力変換装置と、この新規なデバイスを使用することができる新しいアーキテクチャとを用意することによって、より軽いワイヤリングハーネスを航空機に使用することができる本発明の様々な実施形態が実現される。
【０００７】
さらに、簡略化された電力分配アーキテクチャも提供され、それによって、航空機電力供給システムを備え付けるときまたは保守するとき必要な組み付け作業と修理作業の両方の時間およびコストを減少させることができる。
【０００８】
これから、本発明の様々な態様および実施形態が、添付の図面に関連して説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】航空機用の従来の電力分配システムを示す図である。
【図２】本発明の様々な実施形態に従った航空機用電力分配システムを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に従った統合スイッチング電力変換装置を示す図である。
【図４】図３の統合スイッチング電力変換装置のＩ2ｔ配電保護曲線を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に従った統合スイッチング電力変換装置を示す図である。
【図６】図５の統合スイッチング電力変換装置で使用される直流−直流変換装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、航空機用の従来の電力分配システム１０を示す。電力分配システム１０は、３相高電圧（例えば、交流２３０Ｖ）発電機２０を含む。発電機２０は、発電機２０の近位に位置付けされたトランスフォーマレクチファイアユニット（ＴＲＵ）３０に第１の電力バス５０で接続されている。電力バス５０は、長さＬPSUを有し、一緒に束ねられた３本の別個の導線を備えている。
【００１１】
ＴＲＵ３０は、航空機のあちこちに分配するための様々な出力電圧を供給するように構成されることがある。例えば、負荷７０が直流２８Ｖの客室電力を必要とすることがある。したがって、第２の電力バス６０を使用して、客室電力が、配線および負荷の保護を行う固体電力制御装置４０を介してＴＲＵ３０から負荷７０に分配される。図示された例では、ＳＳＰＣ４０は、２つの負荷に供給される電力を制御している。しかし、当業者は気付くことであろうが、もっと多くのまたはもっと少ないそのような負荷が単一ＳＳＰＣ４０によって制御されることがあり、また必要に応じて１つまたは複数のそのようなＳＳＰＣ４０が第２の電力バス６０に接続されることがある。また、航空機のあちこちに他の電圧で電力を分配するために、追加の電力バス（図示されない）が用意されることもある。
【００１２】
例えば、複数の負荷７０が、例えば客室に備え付けられ、ＴＲＵ３０から或る距離離れたところに分散されていることがあり、ＴＲＵ３０は、航空機エンジンの１つの近くで発電機２０と同じ場所に配置されることがある。したがって、第２の電力バス６０で実現される配線ＬOUTの長さは、例えばＬOUT≫ＬPSUであるようにかなり長いことがある。
【００１３】
しかし、第２の電力バス６０が、比較的低い供給電圧（２８Ｖのような）で動作すると仮定すると、その配線は、比較的大電流（例えば、１９．６ｋＷ供給の場合、７００Ａ）を伝導することができるようなものでなければならない。
【００１４】
したがって、このことは、長くて大きなコア直径のケーブルが第２の電力バス６０に必要であることを暗示し、そして今度このことは、必然的に第２の電力バス６０が本質的に比較的重いことを意味する。第２の電力バス６０を保護するために用意されたどんな外装の重さも、バスの直径が大きくなるにつれて重くなるので、第２の電力バス６０を含むどんなワイヤリングハーネスの重さもさらに重くなる。
【００１５】
図２は、本発明の様々な実施形態に従った航空機用電力分配システム１００を示す。電力分配システム１００は、電力供給１２０に接続された第１のワイヤリングハーネス１５０を備える。第１のワイヤリングハーネス１５０は、例えば、電力供給１２０から高電圧交流または直流電力を分配するために使用されることがある。一実施形態では、ワイヤリングハーネス１５０は、高圧（ＨＴ）交流または直流電力を例えば直流２７０Ｖで分配する一対の細い電線を備える。そのような電線を使用することで、比較的軽いケーブルが可能になるだけでなく、これに接続された任意のデバイスの共通モード電圧保護も可能になる。このことは、第１のワイヤリングハーネス１５０が実質的に航空機全体にわたって分布するとき、特に有用である。というのは、そのとき第１のワイヤリングハーネス１５０は、雷雨、落雷、その他によって引き起こされる電磁干渉（ＥＭＩ）から航空機中のデバイスを適切に保護するからである。
【００１６】
代替え実施形態では、３または４本の比較的細い電線が、電力供給１２０からＨＴ交流電力を分配するために使用されることがある。ＨＴケーブル中の導体のコア直径が小さいので、ＨＴケーブルは比較的軽い。例えば、第１のワイヤリングハーネス１５０は、定格が＞１００Ｖ、＞２００Ｖ、＞２５０Ｖ、約２３０Ｖ、２７０Ｖ、−２７０Ｖ、±２７０Ｖ、５４０Ｖなどの直流または交流動作であるＨＴケーブルを含むことがある。細い配線を使用することで、軽量化されるだけでなく、また必要なケーブルが比較的撓み易くなり、したがって航空機のあちこちに導管で送り易くもなる。
【００１７】
電力分配システム１００は、また、第１のワイヤリングハーネス１５０を通して電力供給１２０に接続された少なくとも１つの統合スイッチング電力変換装置１８０を含む。スイッチング変換装置は、線形調整器に比べてより高い効率をもたらすので、好ましい。例えば、図３から６に関連して以下で説明される実施形態の統合スイッチング電力変換装置が使用されることがある。そのような統合スイッチング電力変換装置１８０は、それが駆動すべきそれぞれの負荷１７０に近い航空機胴体の周りに配置されることがある。このようにして、比較的短いより大きな電流容量の第２のワイヤリングハーネス１６０を使用して、電気負荷１７０を関連した統合スイッチング電力変換装置１８０のそれぞれの出力に接続することができる。このように、電気負荷１７０は、電気負荷を駆動しかつ保護する統合スイッチング電力変換装置１８０の近位に位置付けすることができる。
【００１８】
様々な好ましい実施形態で、統合スイッチング電力変換装置１８０をそれぞれの電気負荷１７０に接続する第２のワイヤリングハーネス１６０のコネクタ電線の平均長ＬOUT#AVは、電力供給１２０を統合スイッチング電力変換装置１８０に接続する電線の平均長ＬPSU#AVよりも短く、ＬPSU#AV＞ＬOUT#AVとなっている。様々な実施形態で、負荷は、ＬOUT#AV≪ＬPSU#AV、ＬOUT#AV＜PSU#AV／２、ＬOUT#AV＜PSU#AV／５、ＬOUT#AV＜PSU#AV／１０またはＬOUT#AV＜PSU#AV／１００であるようにそれぞれの統合スイッチング電力変換装置の近位に位置付けされることがあり、その結果、第２のワイヤリングハーネス１６０が第１のワイヤリングハーネス１５０に比べて短ければ短いほどそれぞれのワイヤリングハーネスの全重量は減少する。
【００１９】
様々な導体配列が、第１および／または第２のワイヤリングハーネス１５０、１６０で用意されることがある。例えば、電線またはそれの電気的同等物が、バス、その他を使って用意されることがある。例えば、粉末でコーティングされた固形バスバーが用意されることがある。当業者には明らかなように、単一撚り線、多撚り線、銅、アルミニウム、その他の電気導体を使用して、電力結合に必要な導電構造を用意することもできる。
【００２０】
第１のワイヤリングハーネスは、ＨＴ電力を航空機胴体のあちこちに分配するように構成されることがあるが、一方で、第２のワイヤリングハーネス１６０は、直流用のケーブルを含むことがある。そのような直流ケーブルは、定格が低電圧動作（例えば、＜３０Ｖ）であるので、ＨＴケーブルと比較すると単位長さ当たりで比較的重いことがある。様々な実施形態で、直流ケーブルは、＞５ｋＷ、＞１０ｋＷ、約２０ｋＷ、または＞２０ｋＷの定格で電力を供給するように構成されることがある。例えば、１９．６ｋＷ電力が、航空機客室用に２８Ｖで供給されることがある。
【００２１】
様々な実施形態で、統合スイッチング電力変換装置は、少なくとも１つの直流−直流変換装置を含んでいる。この統合スイッチング電力変換装置は、また、トランスフォーマレクチファイアユニット（ＴＲＵ）の分散型機能同等物を実現するように一緒に構成されることがある。そのような統合スイッチング電力変換装置は、特定の目的に柔軟に適合させることができ、その結果、例えば、これまで航空機で使用できなかった電力供給電圧を必要とする１つまたは複数の負荷を追加したいという要求または必要が万一あった場合には、主電力分配ハーネス全体を配線し直すまたは配置し直す必要無しに新しい負荷を既存のシステムに追加することができるようになる。
【００２２】
本発明の様々な実施形態に従って用意される或る電力分配システムは、このように、従来の航空機電力分配システムよりも遥かに再構成し易く、変更し易く、または調節し易い。
【００２３】
図３は、本発明の実施形態に従った統合スイッチング電力変換装置２８０を示す。統合スイッチング電力変換装置２８０は、組合せ電力変換段およびＳＳＰＣ段を含む。ＳＳＰＣ段は、どのような調整も証明することなしにケーブル保護機能を行うために使用されることがある。
【００２４】
統合スイッチング電力変換装置２８０は、変成器２５１に接続された電力入力線２５０を備えている。電力入力線２５０に送り込まれる電力は、電圧変換回路によって、負荷２７０を駆動する直流電力に変換される。変成器２５１の一次コイル２５２は、統合スイッチング電力変換装置２８０の電力調整および保護を行う固体電力制御装置回路に接続されている。
【００２５】
電力入力線２５０は、一次コイル２５２の一方の側に接続されている。一次コイル２５２の他方の側は、電力ＭＯＳＦＥＴ２５６のドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２５６のソース接続は、電流感知抵抗器２６２を通して接地に接続されている。逆バイアスダイオード２５８が、ＭＯＳＦＥＴ２５６のソース接続とドレイン接続の間に備え付けられて、ＭＯＳＦＥＴ２５６の逆方向誘起ＥＭＦ損傷を防いでいる。ＭＯＳＦＥＴ２５６の基板接続はソース電位に接続され、一方で、ゲート接続は、抵抗器２６８を通して変換制御装置２７２に結合されている。
【００２６】
演算増幅器２６４への入力は、電流感知抵抗器２６２の両端間に接続されている。演算増幅器２６４は、予め決められた固定利得を与えるように構成されている。次に、演算増幅器２６４の出力は、変換制御装置２７２に送られる電流感知信号を供給する。変換制御装置２７２は、ＳＳＰＣ２７４に結合されている。ＳＳＰＣ２７４は、直流供給２８２によって電力を供給され、さらに変換制御装置２７２を制御して、変換制御装置２７２が次に、抵抗器２６８を通して電力ＭＯＳＦＥＴ２５６のゲートに加えられる電圧を変えて一次コイル２５２の電流を調整するようにする。有利なことには、開または閉のどちらの状態のＭＯＳＦＥＴ２５６のどんな故障も、負荷２７０に電力が供給されるのを妨げる。ＳＳＰＣ２７４のための電流感知は、負荷２７０への入力電流を測定するために使用される電流感知回路２９２の出力２９４から取られる。出力電流は、このようにＳＳＰＣ２７４によって測定され、判定は、ＳＳＰＣ２７４によって行われて、スイッチング変換装置の動作を不能にすることができる。例えば、電流感知回路２９２は、変換制御装置２７２に電流感知信号を供給するために使用されるのと同様な電流感知抵抗器／オペアンプ配列によって実現されることがある。したがって、この設計は、様々な形で使用されて、本質的にフェールセーフの電力分配システムを実現することができる。
【００２７】
変成器２５１の二次コイル２５４の第１の端は、第１の整流ダイオード２８４およびチョーク２８８と直列に接続されて、負荷２７０に接続されている。二次コイル２５４の第１の端は、第１の整流ダイオード２８４の陽極に接続されている。二次コイル２５４の第２の端は、負荷と第２の整流ダイオード２８６の陽極に接続されている。第１および第２の整流ダイオード２８４、２８６の陰極は、互いに接続され、かつチョーク２８８の一方の端に接続されている。チョーク２８８の他方の端は、電流感知回路２９２を通して負荷２７０に接続されている。出力コネクタ２６０が、平滑コンデンサ２９０の両端子を、負荷２７０と電流感知回路２９２の両端に並列に結合している。チョーク２８８に電気的に接続されていない平滑コンデンサ２９０のリード線は、負荷２７０と第２の整流ダイオード２８６の陽極との両方に接続されている。
【００２８】
動作中に、第１および第２の整流ダイオード２８４、２８６、チョーク２８８および平滑コンデンサ２９０は、二次コイル２５４によって供給される交流電力を整流し平滑化するように働く。したがって、直流供給が、出力コネクタ２６０から負荷２７０に供給される。
【００２９】
図４は、図３の統合スイッチング電力変換装置２８０のＩ2ｔ配電保護曲線２１０を示す。Ｉ2ｔ配電保護曲線２１０は、統合スイッチング電力変換装置２８０を負荷２７０に接続するワイヤリングハーネスと負荷２７０を保護するために、出力コネクタ２６０から負荷２７０への電流出力がどのように時間的に制限されるかを図示している。
【００３０】
時間Δの間電流が最大レベル２１２（例えば、定格最大一定電流の６００％）に制限される短い継続時間領域２１６が示されている。短い継続時間領域２１６は、変換制御装置２７２によってサイクルごとに管理される。これを今度はＳＳＰＣ２７４が監視し、ＳＳＰＣ２７４は、また、Ｉ2ｔ機能領域２１４を制御する。ＳＳＰＣ２７４は、変換制御装置２７２と同じ電流感知信号を与えられるが、電力変換段を抑止する全体的な権限を持っている。したがって、この組合せは、負荷保護および分散スイッチング制御の統合電力変換機能全体を実現することができる。
【００３１】
図５は、本発明の他の実施形態に従った統合スイッチング電力変換装置３８０を示す。統合スイッチング電力変換装置３８０は、一組の３本の入力電力線３５０を含む。これらの入力電力線３５０は、三相電力を集電装置３８２に供給する。入力電力線３５０に接続されたケーブルは、第１のワイヤリングハーネス（図示されない）の高電圧低電流配線に接続することがあり、入力電力を統合スイッチング電力変換装置３８０に供給する。集電装置３８２は、この電気システムがどんな川上供給源にも抵抗器のように見えるようにする力率補正を行う。そのような力率補正は、大抵の航空宇宙用途では義務付けられることが多く、入力電力が発生させることができるよりも高い電位で動作する高電圧直流リンクバスを使用する出力をもたらすことができる。
【００３２】
集電装置３８２は、第１の直流電力線３８３と第２の直流電力線３８５の間に直流出力電位を生じさせる。３個の直流−直流変換装置３８４が互いに並列に備え付けられている。また、第１と第２の直流電力線３８３、３８５の間には、平滑コンデンサ３５１が接続されている。このようにして、直流入力が、各々の直流−直流変換装置３８４に供給される。
【００３３】
直流−直流変換装置３８４は、制御ユニット３６０によって第１および第２の制御線３５７、３５９を通して制御される。各それぞれの直流−直流変換装置３８４は、また、第２のワイヤリングハーネス（図示されない）に接続する一対の出力コネクタ３６２を備えている。直流−直流変換装置３８４を使用する１つの有利点は、局所短絡保護と共に冗長性を可能にすることである。その上、直流−直流変換を使用することによって、制御ユニット３６０が故障した場合に、統合スイッチング電力変換装置３８０は、電力供給から変成器３８６を越えて負荷に電力が伝えられないように動作を中断し、それによってこの設計の本質的フェールセーフモードを実現するという有利点が得られる。
【００３４】
動作中に、制御ユニット３６０は、スイッチング制御信号をそれぞれの直流−直流変換装置３８４に供給して、出力電圧を調整し、さらに出力接続３６２によって供給される電流を制限する。スイッチング制御信号は、例えば、直流−直流変換装置３８４のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行うことがある。当技術分野で知られているように、ＰＷＭは、スイッチングデバイスの２つの制御状態、すなわち無／低電流の電圧降下または無／低降下電圧の電流を生成するために使用されることがある。したがって、例えば、ＭＯＳＦＥＴ自体の抵抗損が大きくなる直線駆動方式に比べて、スイッチ自体で生じる電力損失が小さい。固定または可変デューティサイクルスイッチングも使用されることがある。
【００３５】
また、制御ユニット３６０は、好ましくは、マイクロプロセッサユニット（図示されない）を含む。ＳＳＰＣ機能が実現されるように統合スイッチング電力変換装置３８０にアルゴリズム的処理を追加するために、マイクロプロセッサユニットを使用することができる。スイッチング変換装置をＳＳＰＣ機能と統合することによって、本発明の様々な実施形態は、大電流出力のために普通必要とされる従来のＳＳＰＣ高出力電力ＭＯＳＦＥＴ無しで済ませ、代わりに、変換装置でスイッチング機能を行うために使用されるＭＯＳＦＥＴなどのより低電力のスイッチを不能にすることができる局所ＳＳＰＣ機能を用意することができる。随意選択的に、そのとき制御ユニット３６０によって監視することができる統合スイッチング電力変換装置３８０に、様々な電流センサ（図示されない）が備え付けられることもある。
【００３６】
図６は、図５の統合スイッチング電力変換装置３８０に使用される直流−直流変換装置３８４を示す。第１の直流電力線３８３が、第１のＦＥＴスイッチ３８１のドレイン接続に接続されている。第１のＦＥＴスイッチ３８１のゲート接続は、第１の制御線３５７に接続されている。第２の直流電力線３８５が、第２のＦＥＴスイッチ３８７のソース接続に接続されている。第２のＦＥＴスイッチ３８７のゲート接続は、第２の制御線３５９に接続されている。第１および第２のＦＥＴスイッチ３８１、３８７の１つまたは複数は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）電界効果トランジスタを使用して形成されることがある。そのようなＳｉＣ  ＦＥＴは、ＨＴ供給が用意される場合に特に有用である。
【００３７】
変成器３８６も、直流−直流変換装置３８４に備え付けられている。変成器３８６の一次コイル３８８は、ＦＥＴスイッチ３８１のソースを第２のＦＥＴスイッチ３８７のドレインに接続している。ＦＥＴスイッチ３８１、３８７は、第１のダイオード３６４および第２のダイオード３６６によって逆方向ＥＭＦから保護されている。第１のダイオード３６４の陽極は、第２の直流電力線３８５に接続され、第１のダイオード３６４の陰極は、第１のＦＥＴスイッチ３８１のソースに接続されている。第２のダイオード３６６の陰極は、第１の直流電力線３８３に接続され、第２のダイオード３６６の陽極は、第２のＦＥＴスイッチ３８７のドレインに接続されている。
【００３８】
変成器３８６の二次コイル３９０は、中心タップ付きである。中心タップは、第１の出力コネクタ３６２を与えている。第２の出力コネクタ３６２は、第１の整流ダイオード３６９の陰極に接続されている。第１の整流ダイオード３６９の陽極は、二次コイル３９０の一方の端に接続されている。二次コイル３９０の第２の端は、第２の整流ダイオード３６８の陽極に接続されている。第２の整流ダイオード３６８の陰極は、また、第２の出力コネクタ３６２に接続されている。さらに、コンデンサ３７１が、直流リップル低減のために第１と第２の出力コネクタ３６２の間に備え付けられている。
【００３９】
ＦＥＴスイッチ３８１、３８７の１つまたは複数のどんな故障も（開回路モードまたは短絡モードのどちらも）、いかなる電力も変成器３８６を越えて伝えられることがないようにし、それによって、そのような部品故障から統合スイッチング電力変換装置３８０を追加的にさらに本質的に保護する。
【００４０】
本発明の様々な態様および実施形態が本明細書で説明されたが、或る変形形態が当業者には明らかであろう。例えば、当業者は実感することであろうが、様々な統合スイッチング電力変換装置を使用することによって、第１のワイヤリングハーネスは、単一供給電圧を使用するだけで動作できるようになり、それによって従来の航空機電力分配システムに見られる多電圧バスに取って代わることができるようになる。例えば、第１のワイヤリングハーネスは、交流２３０Ｖまたは直流±２７０Ｖ供給を使用することがあり、そのとき局所電力変換が様々な統合スイッチング電力変換装置によって使用されて任意の特定の負荷に必要な特定の電圧を局所的に生成している。したがって、そのような構成は、配線の複雑さ、使用される部品の量、および様々な航空機電力分配システムの全重量をさらに減少させるために使用されることがある。例えば、本発明の様々な実施形態は全ワイヤリングハーネス重量の３０％重量減少を行うことを想定することができる。
【００４１】
その上、当業者は気付くことであろうが、様々な低電圧電力バス配列が単一電力バスを使用し、戻り線または接地線が、航空機胴体の様々な導電性構成部品によって形成されることがある。本発明の実施形態に従った様々な統合スイッチング電力変換装置は、また、例えば、その回路が共通半導体ウェーハの単一集積回路（ＩＣ）として形成されて、単一パッケージ部品として実現される可能性がある。
【００４２】
また、当業者は理解することであろうが、統合スイッチング電力変換装置は、従来の電力供給システムにアップグレート能力を追加するために用意されることがある。そのような統合スイッチング電力変換装置は、限定でなく、個々にまたは組合せで使用されて、１つまたは複数の電圧で１つまたは複数の負荷に電力を供給することができる。
参考文献
１．ＵＳ２００６／００５１２４（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）
２．ＵＳ２００８／０１１１４２０（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）
３．ＵＳ２００８／０２３４８３８（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）
４．ＥＰ２１６１８２９（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）
５．ＵＳ２０１０／０２５２６９１（Ｒｏｌｌｓ−Ｒｏｙｃｅ）
６．ＵＳ２００４／０１５６１５４（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）
７．D.Izquierdo et al, “Protection Devices for Aircraft Electrical Power Distribution Systems: A Survey,” Industrial Electronics, IECON 2008, 34th Annual Conference IEEE, pp.903−908, 10−13 November 2008
８．A.Barrado et al, “Behavioural Modeling of Solid State Power Controllers (SSPC) for Distributed Power Systems,” Applied Power Electronics Conference and Exposition 2009, APEC 2009, 24th Annual Conference IEEE, pp.1692−1697, 15−19 February 2009
９．ＵＳ２０１０／０１７２０６３（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）
１０．ＵＳ２０１１／００１２６０７（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）
可能であれば、上記の参考文献の内容は、またその全体を参照することにより本出願に組み込まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１００  航空機用電力分配システム
１２０  電力供給
１５０  第１のワイヤリングハーネス
１６０  第２のワイヤリングハーネス
１７０  負荷
１８０  統合スイッチング電力変換装置
２８０  統合スイッチング電力変換装置
２５０  電力入力線
２５１  変成器
２５２  一次コイル
２５４  二次コイル
２５６  電力ＭＯＳＦＥＴ
２５８  逆バイアスダイオード
２６０  出力コネクタ
２６２  電流感知抵抗器
２６４  演算増幅器
２６８  抵抗器
２７０  負荷
２７２  変換制御装置
２７４  ＳＳＰＣ
２８２  直流供給
２８４  第１の整流ダイオード
２８６  第２の整流ダイオード
２８８  チョーク
２９０  平滑コンデンサ
２９２  電流感知回路
２９４  出力
２１２  電流の最大レベル
２１０  Ｉ2ｔ配電保護曲線
２１４  Ｉ2ｔ機能領域
２１６  短い継続時間領域
３５０  入力電力線
３５１  平滑コンデンサ
３５７  第１の制御線
３５９  第２の制御線
３６０  制御ユニット
３６２  出力コネクタ（出力接続）
３８０  統合スイッチング電力変換装置
３８２  集電装置
３８３  第１の直流電力線
３８４  直流−直流変換装置
３６４  第１のダイオード
３６６  第２のダイオード
３６８  第２の整流ダイオード
３６９  第１の整流ダイオード
３８１  第１のＦＥＴスイッチ
３８５  第２の直流電力線
３８６  変成器
３８７  第２のＦＥＴスイッチ
３８８  一次コイル
３９０  二次コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2013082434000001.pdf