飛機座椅電源的研究

摘要：飛機座椅電源是為了滿足機上乘客電子設備用電需求而設計的。飛機座椅電源產品的研制對設備的國產化，安裝成本的降低等方面都有重要意義。在此參照DO-160F，Boeing D6-44588以及Airbus ABD0100等相關電磁測試要求，設計了一款飛機座椅電源，采用特定消諧脈寬調制(SHE-PWM)技術，實現了115 V／400 Hz航空電至110 V／60 Hz交流電的轉換，能夠滿足機上旅客個人電子設備的用電需求。試驗運行結果表明，該電源性能穩定可靠，輸出電能諧波特性良好，總諧波畸變率為3．31％，符合航空用電要求。
關鍵詞：電源；特定消諧脈寬調制；諧波

1 引言
目前，90％的旅客都攜帶移動的個人電子設備，現在飛機已經開始安裝座椅電源設備以滿足旅客用電需求。機載設備的高標準決定了座椅供電系統必須滿足輸出電壓穩定度高，輸出紋波小，能夠滿足各項電磁兼容性測試等條件，并且具有小型化、輕量化等特點。在上述背景下，提出了一種基于SHE-PWM的電源系統方案，輔以各種保護電流提高系統整體安全性能，并根據DO-160F標準設計電磁兼容環節，提高系統抗電磁干擾特性。與傳統電源相比，電源輸出波形的品質、可靠性以及體積重量等方面有了很大優化。

2 SHE-PWM技術
由于飛機運行環境的特殊性，座椅電源必須符合DO-160F標準。該標準指出，設備應具備傳導及輻射干擾小、波形特性好、重量輕等特性，這給座椅電源的設計提出了更高要求：應盡量減少電源本身產生的諧波。SHE-PWM就是抑制諧波效果最佳的技術。該技術通過開關時刻的優化選擇，消除選定的低頻次諧波，有效降低了開關頻率和開關損耗，提高直流電壓的利用率，具有更高的輸出電壓波形質量。SHE-PWM方法的基本思想是通過傅里葉級數分析，得出特定脈沖波條件下的傅里葉級數展開式，根據需要確定基波分量的幅值，令需要消除的低次諧波分量的幅值為零，從而建立超越方程組，求解得到波形的傅里葉展開式各個頻率的表達式，從而消去特定頻率諧波。

SHE-PWM電壓波形如圖1所示，每1／4周期的開關次數為N。為消除偶次諧波，波形正負半周期鏡對稱，為消除諧波中的余弦項，簡化計算過程，波形在半周期內以，π／2為軸線對稱。因此波形的傅里葉級數可表示為：

通過給定基波幅值a1，再令特定的諧波頻率aN=0，N個開關角度可構成N個獨立的方程，求解得到可獨立控制的N個角度，即可在控制基波電壓幅值的同時，選擇消除N-1個特定的諧波分量。