飞机座椅电源的研究

摘要：飞机座椅电源是为了满足机上乘客电子设备用电需求而设计的。飞机座椅电源产品的研制对设备的国产化，安装成本的降低等方面都有重要意义。在此参照DO-160F，Boeing D6-44588以及Airbus ABD0100等相关电磁测试要求，设计了一款飞机座椅电源，采用特定消谐脉宽调制(SHE-PWM)技术，实现了115 V／400 Hz航空电至110 V／60 Hz交流电的转换，能够满足机上旅客个人电子设备的用电需求。试验运行结果表明，该电源性能稳定可靠，输出电能谐波特性良好，总谐波畸变率为3．31％，符合航空用电要求。
关键词：电源；特定消谐脉宽调制；谐波

1 引言
目前，90％的旅客都携带移动的个人电子设备，现在飞机已经开始安装座椅电源设备以满足旅客用电需求。机载设备的高标准决定了座椅供电系统必须满足输出电压稳定度高，输出纹波小，能够满足各项电磁兼容性测试等条件，并且具有小型化、轻量化等特点。在上述背景下，提出了一种基于SHE-PWM的电源系统方案，辅以各种保护电流提高系统整体安全性能，并根据DO-160F标准设计电磁兼容环节，提高系统抗电磁干扰特性。与传统电源相比，电源输出波形的品质、可靠性以及体积重量等方面有了很大优化。

2 SHE-PWM技术
由于飞机运行环境的特殊性，座椅电源必须符合DO-160F标准。该标准指出，设备应具备传导及辐射干扰小、波形特性好、重量轻等特性，这给座椅电源的设计提出了更高要求：应尽量减少电源本身产生的谐波。SHE-PWM就是抑制谐波效果最佳的技术。该技术通过开关时刻的优化选择，消除选定的低频次谐波，有效降低了开关频率和开关损耗，提高直流电压的利用率，具有更高的输出电压波形质量。SHE-PWM方法的基本思想是通过傅里叶级数分析，得出特定脉冲波条件下的傅里叶级数展开式，根据需要确定基波分量的幅值，令需要消除的低次谐波分量的幅值为零，从而建立超越方程组，求解得到波形的傅里叶展开式各个频率的表达式，从而消去特定频率谐波。

SHE-PWM电压波形如图1所示，每1／4周期的开关次数为N。为消除偶次谐波，波形正负半周期镜对称，为消除谐波中的余弦项，简化计算过程，波形在半周期内以，π／2为轴线对称。因此波形的傅里叶级数可表示为：

通过给定基波幅值a1，再令特定的谐波频率aN=0，N个开关角度可构成N个独立的方程，求解得到可独立控制的N个角度，即可在控制基波电压幅值的同时，选择消除N-1个特定的谐波分量。