用于便携式电子设备的航空机载电源及航空座椅

摘要

本发明涉及航空电源领域，具体而言，涉及一种用于便携式电子设备的航空机载电源，包括前端处理单元、中央处理器、第一电压转换单元、第二电压转换单元及第三电压转换单元，该前端处理单元用于获得外部电源，并对外部电源进行处理后输出直流电压，该中央处理器用于对第一电压转换单元、第二电压转换单元及第三电压转换单元进行隔离式电压采样以控制该第一电压转换单元、第二电压转换单元及第三电压转换单元分别转换所述直流电压而输出第一电源、第二电源和第三电源，该第二电源用于通过USB数据线为电子设备充电,该第三电源用于通过适配器为电子设备供电。该用于便携式电子设备的航空机载电源可直接用在乘客随身携带的电子设备上，应用广泛。

说明书

技术领域

本发明涉及航空电源供电控制领域，具体而言，涉及一种用于 便携式电子设备的航空机载电源及航空座椅。

背景技术

随着民航的大力发展，以及民航出行成本的下降，越来越多的 人在公务及旅游的出行方式上更倾向于选择飞机出行。这就迫切需 要在飞机上提供常规电子设备所能使用的电力，然而目前的飞机电 网系统并不能为现有常规电子设备提供电力。

通常，飞机上使用航空电源为115V/400Hz的中频交流电源，该 电源主要是通过发动机发电机、辅助动力装置发电机(Auxiliary PowerUnit，APU)、外接地面电源等方式获得。

而现在飞机上的乘客都携带有个人电子设备，但是115V/400Hz 中频交流电源不能直接用在乘客随身携带的电子设备上，因此需要 设计出一种能将飞机电网电力转变为常规电子设备所能使用的航空 机载电源。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种常规电子设备所 能使用的用于便携式电子设备的航空机载电源，以改善上述的问题。

另，还有必要提供一种应用所述用于便携式电子设备的航空机 载电源的航空座椅。

第一方面，本发明实施例提供了一种用于便携式电子设备的航 空机载电源，该用于便携式电子设备的航空机载电源包括前端处理 单元、中央处理器、第一电压转换单元、第二电压转换单元及第三 电压转换单元，该前端处理单元用于获得外部电源，并对外部电源 进行处理后输出直流电压，该第一电压转换单元、第二电压转换单 元及第三电压转换单元均与前端处理单元电性连接，该中央处理器 同时第一电压转换单元、第二电压转换单元及第三电压转换单元电 性连接，用于对第一电压转换单元、第二电压转换单元及第三电压 转换单元进行隔离式电压采样以控制该第一电压转换单元、第二电 压转换单元及第三电压转换单元分别转换所述直流电压而输出第一 电源、第二电源和第三电源，其中，该第一电源及第二电源为直流 电源，该第三电源为交流电源，该第二电源用于通过USB数据线为 电子设备充电，该第三电源用于通过适配器为电子设备供电。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实 施方式，所述第一电压转换单元包括第一直流-直流转换器及漏电检 测模块，该第一直流-直流转换器用于将前端处理单元输出的直流电 压转换为第一直流电，该漏电检测模块电性连接于第一直流-直流转 换器和中央处理器之间，用于检测第一电压转换单元所在线路的漏 电量，并将检测到的数据传输至中央处理器,该中央处理器与第一直 流-直流转换器电性连接，用于依据漏电检测模块检测到的漏电量使 能/不使能该第一直流-直流转换器。

所述第一电压转换单元还包括第一隔离式电压采样模块，该第 一隔离式电压采样模块用于获取第一电源的电压的动态范围,该中 央处理器用于依据第一隔离式电压采样模块获取的第一电源的电压 的动态范围使能/不使能该第一直流-直流转换器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实 施方式，所述第二电压转换单元包括第二直流-直流转换器及第二隔 离式电压采样模块，该第二直流-直流转换器用于将前端处理单元输 出的直流电压转换为第二直流电，该第二隔离式电压采样模块电性 连接于第二直流-直流转换器与中央处理器之间，用于获取第二电源 的电压的动态范围，该中央处理器与第二直流-直流转换器电性连 接，用于依据第二隔离式电压采样模块获取的第二电源的电压的动 态范围使能/不使能该第二直流-直流转换器。

所述第二电压转换单元还包括限流模块，该限流模块电性连接 于第二直流-直流转换器与第二隔离式电压采样模块之间。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实 施方式，所述第三电压转换单元包括直流-交流转换器，该直流-交 流转换器用于将前端处理单元输出的直流电压转换为交流电。

所述第三电压转换单元还包括保护电路、第三隔离式电压采样 模块、第三直流-直流转换器、多个支路开关及总开关，该保护电路 与直流-交流转换器电性连接，用于漏电保护，该第三隔离式电压采 样模块用于获取保护电路两端的漏电电压的动态范围，该支路开关 与保护电路电性连接，该第三直流-直流转换器与第二直流-直流转 换器电性连接，用于将第二直流-直流转换器输出的电压转换为两路 驱动电压,该第三直流-直流转换器与多个支路开关及总开关均电性 连接，第一路驱动电压用于驱动总开关,第二路驱动电压用于驱动多 个支路开关,该中央处理器与总开关及第三隔离式电压采样模块电 性连接，用于依据第三隔离式电压采样模块获取的保护电路两端的 漏电电压的动态范围输出控制命令，从而与第一路驱动电压共同驱 动总开关控制第二路驱动电压导通或不导通。

当保护电路两端的漏电电压的动态范围等于或超过一阈值时， 该中央处理器输出第一控制命令，以驱动总开关控制第二路驱动电 压不导通至多个支路开关，当保护电路两端的漏电电压的动态范围 低于一阈值时，该中央处理器输出第二控制命令，以驱动总开关控 制第二路驱动电压导通至多个支路开关。

所述第三电压转换单元还包括多个隔离式电流采样模块及与多 个支路开关对应电性连接的多个第三电源输出端口，该多个隔离式 电流采样模块的每一个隔离式电流采样模块的一端分别与多个支路 开关中的一个支路开关的第一端电性连接，该多个隔离式电流采样 模块的每一个隔离式电流采样模块的另一端均与中央处理器电性连 接，该多个支路开关中的每一个支路开关的第二端分别与对应的第 三电源输出端口电性连接，该隔离式电流采样模块用于获取第三电 源的电流的动态范围，该中央处理器与多个支路开关的控制端电性 连接，用于依据多个隔离式电流采样模块获取的第三电源的电流的 动态范围控制多个支路开关断开或闭合。

第二方面，本发明实施例提供了一种航空座椅，该航空座椅包 括用于便携式电子设备的航空机载电源，该用于便携式电子设备的 航空机载电源包括前端处理单元、中央处理器、第一电压转换单元、 第二电压转换单元及第三电压转换单元，该前端处理单元用于获得 外部电源，并对外部电源进行处理后输出直流电压，该第一电压转 换单元、第二电压转换单元及第三电压转换单元均与前端处理单元 电性连接，该中央处理器同时第一电压转换单元、第二电压转换单 元及第三电压转换单元电性连接，用于对第一电压转换单元、第二 电压转换单元及第三电压转换单元进行隔离式电压采样以控制该第 一电压转换单元、第二电压转换单元及第三电压转换单元分别转换 所述直流电压而输出第一电源、第二电源和第三电源，其中，该第 一电源及第二电源为直流电源，该第三电源为交流电源，该第二电 源用于通过USB数据线为电子设备充电，该第三电源用于通过适配 器为电子设备供电。

本发明实施例采用的用于便携式电子设备的航空机载电源通 过前端处理单元获得外部电源，通过中央处理器控制该第一电压转 换单元、第二电压转换单元及第三电压转换单元分别输出第一电源、 第二电源和第三电源。由于本发明可将中频交流电源转换为可通过 USB数据线或适配器为电子设备充电的电源，其可直接用在乘客随 身携带的电子设备上，其适应性强，应用广泛。

另一方面，由于本案的用于便携式电子设备的航空机载电源通 过隔离式电压/电流采样的方式对每一路输出电压/电流参数进行采 样，并通过中央处理器控制每一路电源输出，藉此实现全局功率管 理，进一步提高了该用于便携式电子设备的航空机载电源的效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文 特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例 中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了 本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种用于便携式电子设备的 航空机载电源的功能模块图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种前端处理单元的功能模 块图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种第一电压转换单元的功 能模块图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种第二电压转换单元的功 能模块图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种第三电压转换单元的功 能模块图；

图6示出了本发明实施例所提供的一种用于便携式电子设备的 航空机载电源与一高级微控制器通信的接口示意图；

图7示出了本发明实施例所提供的一种用于便携式电子设备的 航空机载电源的外部接口示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一 部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出 的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此， 以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要 求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于 本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因 此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对 其进行进一步定义和解释。

实施例1

请参阅图1，本发明较佳实施例提供一种用于便携式电子设备 的航空机载电源100，其可以应用于飞行器的航空座椅300上。该 飞行器包括但不限于飞机。

该用于便携式电子设备的航空机载电源100包括前端处理单元 10、中央处理器20、第一电压转换单元40、第二电压转换单元50 及第三电压转换单元60。该前端处理单元10用于获得外部电源， 并对外部电源进行处理后输出直流电压。该第一电压转换单元40、 第二电压转换单元50及第三电压转换单元60均与前端处理单元10 电性连接。该中央处理器20同时与第一电压转换单元40、第二电 压转换单元50及第三电压转换单元60电性连接，用于对第一电压 转换单元40、第二电压转换单元50及第三电压转换单元60进行隔 离式电压/电流采样以控制该第一电压转换单元40、第二电压转换 单元50及第三电压转换单元60分别转换所述直流电压而输出第一 电源、第二电源和第三电源。其中，该第一电源及第二电源为直流 电源，该第三电源为交流电源，该第二电源用于通过USB数据线为 电子设备(如手机、平板电脑或相机等便携式电子设备)充电，该 第三电源用于通过适配器为电子设备供电。

优选地，该前端处理单元10从飞行器的发动机发电机、APU 发电机、外接地面电源等获得外部电源。通常，该外部电源约为 115V/400Hz的中频交流电源。

实施例2

请参阅图2，上述的前端处理单元10用于对外部电源进行滤波 整流及功率因素校正。优选地，该前端处理单元10包括滤波整流模 块12及与该滤波整流模块12电性连接的功率因素校正(Power FactorCorrection，PFC)模块14。该滤波整流模块12用于对外部 电源进行滤波整流，该功率因素校正模块14用于对滤波整流后的外 部电源进行功率因素校正，并形成约为190V的高压直流。

可以理解，上述的滤波整流模块12可至少包括桥式整流电路及 滤波电容。

实施例3

请参阅图3，该第一电压转换单元40用于输出第一电源。在本 实施例中，该第一电源约为28V，优选用于为飞机上的娱乐系统供 电。该第一电压转换单元40包括第一直流-直流(DirectCurrentto DirectCurrent，DC-DC)转换器42、漏电检测模块43、第一滤波电 路44及第一隔离式电压采样模块45。该第一直流-直流转换器42 与功率因素校正模块14电性连接，用于将经功率因素校正模块14 处理后的190V高压直流转换为第一直流电。在本实施例中，该第 一直流电的电压约约为28V。该漏电检测模块43电性连接于第一直 流-直流转换器42和中央处理器20之间，用于检测第一电压转换单 元40所在线路的漏电量，并将检测到的数据传输至中央处理器20。 在本实施例中，该漏电检测模块43为霍尔(Hall)元件。该第一滤 波电路44与漏电检测模块43电性连接，用于对霍尔元件输出的直 流电进行滤波，并藉此输出第一电源。在本实施例中，该第一滤波 电路44可为电阻、电容、电感中的一个或多个构成。

该第一隔离式电压采样模块45的一端电性连接于第一直流-直 流转换器42和漏电检测模块43之间，另一端与中央处理器20电性 连接。该第一隔离式电压采样模块45用于获取第一电源的电压的动 态范围。该中央处理器20与第一直流-直流转换器42电性连接，用 于依据漏电检测模块43检测到的漏电量或第一隔离式电压采样模 块45获取的第一电源的电压的动态范围使能/不使能该第一直流- 直流转换器42。具体地，例如，当漏电检测模块43检测到的漏电 量等于或超过一阈值时，该中央处理器20控制第一直流-直流转换 器42不使能。当漏电检测模块43检测到的漏电量低于一阈值时， 该中央处理器20控制第一直流-直流转换器42使能。当第一隔离式 电压采样模块45获取的第一电源的电压的动态范围等于或超过一 阈值时，该中央处理器20控制第一直流-直流转换器42不使能。当 第一隔离式电压采样模块45获取的第一电源的电压的动态范围低 于一阈值时，该中央处理器20控制第一直流-直流转换器42使能。

实施例4

请参阅图4，该第二电压转换单元50用于输出第二电源。在本 实施例中，该第二电源约为5V，其可用于通过USB数据线为电子设 备(如手机、平板电脑或相机等)充电。该第二电压转换单元50 包括第二直流-直流转换器52、限流模块53、第二隔离式电压采样 模块54。该第二直流-直流转换器52与功率因素校正模块14电性 连接，用于将经功率因素校正模块14处理后的190V高压直流转换 为第二直流电。在本实施例中，该第二直流电的电压约为5V。该限 流模块53与第二直流-直流转换器52电性连接，并藉此输出第二电 源。该限流模块53用于起限流作用，以保护电子设备不受损坏。在 本实施例中，该限流模块53可为限流电阻，其可容许电流值低于 2A的电流输出。

该第二隔离式电压采样模块54电性连接于限流模块53和中央 处理器20之间，用于获取第二电源的电压的动态范围。该中央处理 器20与第二直流-直流转换器52电性连接，用于依据第二隔离式电 压采样模块54获取的第二电源的电压的动态范围使能/不使能该第 二直流-直流转换器52。具体地，例如，当第二隔离式电压采样模 块55获取的第二电源的电压的动态范围等于或超过一阈值时，该中 央处理器20控制第二直流-直流转换器52不使能。当第二隔离式电 压采样模块55获取的第二电源的电压的动态范围低于一阈值时，该 中央处理器20控制第二直流-直流转换器52使能。

优选地，该第二直流-直流转换器52输出的第二直流电可直接 驱动中央处理器。

实施例5

请参阅图5，该第三电压转换单元60用于输出第三电源。在本 实施例中，该第三电源约为110V/60Hz，其可通过适配器为乘客的 电子设备提供标准电源。该第一电压转换单元60包括第三直流-直 流转换器61、直流-交流(DirectCurrenttoAlternatingCurrent， DC-AC)转换器62、第二滤波电路63、保护电路64、多个第三隔 离式电压采样模块65、多个隔离式电流采样模块66、与多个离式电 流采样模块66对应电性连接的多个支路开关67、与多个支路开关 67对应电性连接的多个第三电源输出端口68及总开关69。在本实 施例中，该多个支路开关67及总开关69可均为继电器。

其中，该第三直流-直流转换器61与第二直流-直流转换器52 电性连接，用于将第二直流-直流转换器52输出的电压转换为两路 驱动电压。进一步的，该第三直流-直流转换器61与多个支路开关 67及总开关69均电性连接。其中，第一路驱动电压约为12V，用于 驱动总开关69。该第二路驱动电压约为5V，用于驱动多个支路开关 67。

该直流-交流转换器62与功率因素校正模块14电性连接，用于 将经功率因素校正模块14处理后的190V的高压直流通过PWM (Pulse-WidthModulation)脉宽调制的方式转换为110V/60Hz纯正 弦波交流电。该第二滤波电路63与直流-交流转换器62电性连接， 用于对110V/60Hz纯正弦波交流电进行滤波。在本实施例中，该第 二滤波电路63可为电阻、电容、电感中的一个或多个构成。该保护 电路64与第一滤波电路66电性连接，用于漏电保护。在本实施例 中，该保护电路64为接地故障断路器(GroundFaultInterrupter， GFI)。

该多个支路开关67中的每一个支路开关67的第一端均与保护 电路64电性连接，该多个支路开关67中的每一个支路开关67的第 二端分别与对应的第三电源输出端口68电性连接。该多个支路开关 67中的每一个支路开关67的控制端均与中央处理器20电性连接。

在本实施例中，该第三隔离式电压采样模块65的数量为2个， 其中一个第三隔离式电压采样模块65的一端电性连接于滤波电路 63和保护电路64之间，另一端与中央处理器20电性连接。另一个 第三隔离式电压采样模块65的一端电性连接于保护电路64和多个 支路开关67的第一端之间，另一端与中央处理器20电性连接。该 第三隔离式电压采样模块65用于获取保护电路64两端的漏电电压 的动态范围。

在本实时例中，该隔离式电流采样模块66的数量为4个。相应 的，该支路开关67及第三电源输出端口68的数量也均为4个。也 就是说，在本实施例中，第三电源可作为4路输出。其中，该4个 隔离式电流采样模块66的每一个的一端分别与四个支路开关67中 的每一个支路开关67的第一端电性连接，该4个隔离式电流采样模 块66的每一个的另一端均与中央处理器20电性连接。该隔离式电 流采样模块66用于获取第三电源的电流的动态范围。

该中央处理器20与总开关69电性连接，用于依据多个第三隔 离式电压采样模块65获取的保护电路64两端的漏电电压的动态范 围输出控制命令，从而与第一路驱动电压共同驱动总开关69控制第 二路驱动电压导通或不导通。具体地，例如，当保护电路64两端的 漏电电压的动态范围等于或超过一阈值时，该中央处理器20输出第 一控制命令，以驱动总开关69控制第二路驱动电压不导通至多个支 路开关69。当保护电路64两端的漏电电压的动态范围低于一阈值 时，该中央处理器20输出第二控制命令，以驱动总开关69控制第 二路驱动电压导通至多个支路开关69。

当隔离式电流采样模块66获取的第三电源的电流的动态范围 等于或超过一阈值时，该中央处理器20控制与该隔离式电流采样模 块66对应的支路开关67断开，此时，与该支路开关67对应的第三 电源输出端口68将不会输出第三电源。当隔离式电流采样模块66 获取的第三电源的电流的动态范围低于一阈值时，该中央处理器20 控制与该隔离式电流采样模块66对应的支路开关67闭合，此时， 与该支路开关67对应的第三电源输出端口68将输出第三电源。

综上，使用该用于便携式电子设备的航空机载电源100时，当 前端处理单元10获得外部电源后，对外部电源进行滤波整流及功率 因素校正，并输出直流电压。其后，该第一电压转换单元40、第二 电压转换单元50及第三电压转换单元60分别通过转换外部电源而 得到第一电源、第二电源和第三电源。其中第一电源约为28V，优 选用于为飞机上的娱乐系统供电。该第二电源约为5V，其可用于通 过USB数据线为电子设备(如手机、平板电脑或相机等)充电。该 第三电源约约为110V/60Hz，其可通过适配器为乘客的电子设备提 供标准电源。由于第二电源的电压约为5V，其可以通过USB数据线 为电子设备充电，而第三电源可通过适配器为电子设备供电，从而 为用户提供便利。

另一方面，由于本案的用于便携式电子设备的航空机载电源 100通过隔离式电压/电流采样的方式对每一路电源的输出电压/电 流参数进行采样，并通过中央处理器20控制每一路电源输出，藉此 实现全局功率管理，进一步提高了该用于便携式电子设备的航空机 载电源100的效率。

实施例6

请参阅图6，进一步地，该用于便携式电子设备的航空机载电 源100还与一高级微控制器(AdvancedMicrocontrollerUnit，AMCU) 200建立通信。具体的，中央处理器20包括一控制引脚21和一通 信接口22，该控制引脚21和通信接口22均与高级微控制器200电 性连接。该高级控制器200通过控制引脚21向中央处理器20发送 控制数据，以控制用于便携式电子设备的航空机载电源100的全局 功率输出。该中央处理器20通过通信接口22向该高级控制器200 反馈用于便携式电子设备的航空机载电源100的状态信息，该状态 信息可至少包括第一电源、第二电源、或第三电源的输出状态。在 本实施例中，该通信接口22可为RS485接口。

优选地，该用于便携式电子设备的航空机载电源100还进一步 包括指示单元23，该指示单元23与中央处理器20电性连接，用于 指示该用于便携式电子设备的航空机载电源100是否处于使用状 态。例如，当该用于便携式电子设备的航空机载电源100处于使用 状态，则中央处理器20激活该指示单元23。在本实施例中，该指 示单元23为指示二极管。可以理解，在其他实施例中，该指示单元 23也可为蜂鸣器。

实施例7

优选地，设计该用于便携式电子设备的航空机载电源100时， 上述的前端处理单元10可通过用于便携式电子设备的航空机载电 源100的一输入板(图未示)获得外部电源。上述的直流-交流转换 器62可作为正弦波逆变驱动为第三电压转换单元60提供标准正弦 时序，从而使得用于便携式电子设备的航空机载电源100的一主板 (图未示)输出110V/60Hz纯正弦波交流电。上述的第一电压转换 单元40、第二电压转换单元50可集成于用于便携式电子设备的航 空机载电源100的一电源板(图未示)，并可通过用于便携式电子设 备的航空机载电源100的一输出板分别输出第一电源、第二电源。 上述的中央处理器20可集成于用于便携式电子设备的航空机载电 源100的一控制板(图未示)对用于便携式电子设备的航空机载电 源100的内部逻辑时序进行控制并起到功率管理的作用。

实施例8

图7所示为本发明的用于便携式电子设备的航空机载电源100 的立体示意图，该用于便携式电子设备的航空机载电源100的一侧 设置多个输入接口81，用于输入外部电源。该用于便携式电子设备 的航空机载电源100的另一侧设置多个输出接口82，用于输出第一 电源、第二电源和第三电源。由于多个输出电源可同时集成于本发 明的用于便携式电子设备的航空机载电源100上，使得该用于便携 式电子设备的航空机载电源100整体空间小、体积小，集成化程度 较高。

本发明实施例采用的用于便携式电子设备的航空机载电源通 过前端处理单元获得外部电源，通过中央处理器控制该第一电压转 换单元、第二电压转换单元及第三电压转换单元分别输出第一电源、 第二电源和第三电源。由于本发明可将115V/400Hz中频交流电源 转换约为5V和110V/60Hz的电源，其可直接用在乘客随身携带的 电子设备上，其适应性强，应用广泛。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围 并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围 之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。