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无人机电源体系设计方案讨论

在设计无人机(UAV)用的电源系统时,设计人员所关心的参数是尺寸(S)、重量(W)、功率密度(P)、功率重量比、效率、热管理、灵活性和复杂性。体积小、重量

在规划无人机(UAV)用的电源体系时,规划人员所关怀的参数是尺度(S)、分量(W)、功率密度(P)、功率分量比、功率、热办理、灵活性和复杂性。体积小、分量轻、功率密度高(SWaP)能够让无人机带着更多的有用负载,飞翔和续航时刻更长,并完结更多的使命。

更高的功率能够尽可能运用动力功率,最大极限地推迟续航时刻和飞翔时刻,也可使热办理尽可能简单,因为即使是较少的功率损耗也会导致热传递。高灵活性和低复杂性不只能够使电源体系规划愈加简单,并且还可让无人机规划人员专心于无人机规划之其他部分,而不是在电源体系规划上花很多的时刻;它不只可节约规划完结时刻,还可下降规划复杂性。

为了充分运用上述优势,Vicor模组电源解决方案可经过最全面产品组合的高功率、高密度、配电架构,为效能关键性无人机运用供给完好的电源解决方案。

无人机的品种:

无人机能够从远端方位进行操控,或依据预编程组态主动运转。无人机有许多运用,从具结到消防,都能够由不同类别的无人机来完结。

无人机的电源:

依据子体系之负载要求,无人机有几个电源选项。

锂离子电池是一种常用的电源,体积较小、本钱较低,因而是100瓦和运转数天的无人机的抱负挑选。

为了有更高的能量密度和功率密度,还能够挑选其他的备选电源,包含太阳能电池体系、燃气轮机以及柴油发电机等。

无人机的典型电源链:

图1 : 无人机电源链

在典型的无人机电源链中,有一个依据涡轮的发电机供给3相AC电源,其可经过整流器转化为270VDC电源,然后经过阻隔式DC-DC转化器转化为48VDC电源或28VDC电源。

无人机上有许多有用负载,包含雷达、印象、航空电子、导航、制导、飞控体系和数据传输链路,其间每一个都需求一个3.3V、5V及12V等的电压规模。因而,下流DC-DC转化器或非阻隔式负载点(niPoL)都需求为所需的负载电压供给28V或48V DC母线。

为了完结高功率,高电压DC母线(270V、48V或28V)沿着无人机的电源链进行优先配电。配电引起的功率损耗系以I2R(R线阻)为主,因为进步电压能够最大极限地下降配电损耗,因而可削减电流;关于大型无人机更是如此,因为有很长的配电长度。

在安全方面,在高电压DC母线(270V)和低电压DC母线之间需求进行阻隔,当低于60V的电压与高电压阻隔开时,就契合安全超低电压(SELV)要求。

依据图1所显现的电源链,有两级DC-DC转化,因为稳压鄙人一级完结,其间榜首级需求阻隔之非稳压DC-DC转化器,而因为阻隔在上游完结,第二级则需求稳压之非阻隔DC-DC转化器。为了完结更高的功率和更低的解决方案本钱,阻隔和稳压没有在DC-DC转化器的每一级重复。

270V至28V DC-DC转化:

图2

除了整流器,还有非阻隔之非稳压270VDC电压,藉由MIL-COTS BCM(母线转化器模组)和MIL-COTS PRM(前置稳压器模组)转化到负载用的一个阻隔、稳压的电压,如28V。

GaAs发射器:

270V至28V电源链的运用之一是GaAs发射器,其方框图如图3所示。

图3 : GaAs发射器电源链

有用负载、GaAs发射器都需求超越200瓦的功率。为了满意电力需求,需求将BCM模组和PRM模组并联至电源阵列,以进步输出功率。下面一段谈谈怎么并联具有均流才能的BCM和PRM。

BCM和PRM模组能够组态超越1千瓦的电源阵列。

BCM模组是一款阻隔的非稳压DC-DC转化器模组,可藉由一个固定比K系数为SELV输出供给高电压输入。就这个特定零部件(MBCM270x450M270A00)而言,K系数为1/6,因而输出电压一直为输入电压的1/6,270V输入有45V输出。

PRM模组是一款稳压的非阻隔DC-DC转化器模组,可为负载供给稳压的电压。因为PRM输出电压能够微调,因而它可针对GaAs发射器调低至28V。

图4 : GaAs发射器解决方案的功率

BCM是一款阻隔的非稳压DC-DC转化器。

PRM是一款稳压的非阻隔DC-DC转化器。

上一段现已说到,阻隔和稳压并没有由DC-DC转化的每一级、或电源链中的单个DC-DC转化器重复,为的是取得更高的功率。

因而,藉由运用BCM和PRM模组,270V至28V DC-DC转化的全体功率可到达93.12%。

并联BCM和PRM的技能:

图5

在并联BCM模组的一起,很简单衔接每个BCM模组的输入和输出,然后可藉由阻抗匹配(而不是并联信号)来完结均流,如图5a和5b所示。并联BCM应考虑以下几点。

1.藉由对称布局完结输入输出互连阻抗匹配,如图5b所示。

2.均匀冷却使单个BCM模组温度互相挨近。

3.每个BCM模组的启用/禁用信号(PC引脚)都需求衔接起来,在同一时刻发动每个模组。

图6 : 并联PRM

要并联PRM模组(图6),需求运用并联信号(PR引脚)来完结各个模组的均流,一起,详细模组的启用/禁用信号(PC引脚)需求衔接起来,以便一起发动一切模组。如图6所示,一个PRM模组可设置为一个电源阵列中的「主」,以驱动其它担任回馈和稳压的「从」PRM模组。

正弦振幅转化器(Sine Amplitude Converter,SAC)拓扑结构:

母线转化器模组(BCM)选用SAC拓扑结构,然后可完结优异的功率和功率密度。

图7 : SAC转化器

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