無(wú)人機電源系統方案設計

無(wú)人機電源系統方案設計

　　電源系統是由整流設備、直流配電設備、蓄電池組、直流變換器、機架電源設備等和相關(guān)的配電線(xiàn)路組成的總體。下面就是小編整理的無(wú)人機電源系統方案設計，一起來(lái)看一下吧。

　　[導讀] 在設計無(wú)人機（UAV）用的電源系統時(shí)，設計人員所關(guān)心的參數是尺寸（S）、重量（W）、功率密度（P）、功率重量比、效率、熱管理、靈活性和復雜性。體積小、重量輕、功率密度高（SWaP）可以讓無(wú)人機攜帶更多的有效負載，飛行和續航時(shí)間更長(cháng)，并完成更多的任務(wù)。

　　關(guān)鍵詞：GaAs發(fā)射器無(wú)人機電源無(wú)人機

　　在設計無(wú)人機（UAV）用的電源系統時(shí)，設計人員所關(guān)心的參數是尺寸（S）、重量（W）、功率密度（P）、功率重量比、效率、熱管理、靈活性和復雜性。體積小、重量輕、功率密度高（SWaP）可以讓無(wú)人機攜帶更多的有效負載，飛行和續航時(shí)間更長(cháng)，并完成更多的任務(wù)。

　　更高的效率可以盡可能利用能源效率，最大限度地延遲續航時(shí)間和飛行時(shí)間，也可使熱管理盡可能容易，因為即使是較少的功率損耗也會(huì )導致熱傳遞。高靈活性和低復雜性不僅可以使電源系統設計更加容易，而且還可讓無(wú)人機設計人員專(zhuān)注于無(wú)人機設計之其他部分，而不是在電源系統設計上花大量的時(shí)間；它不僅可節省設計完成時(shí)間，還可降低設計復雜性。

　　為了充分利用上述優(yōu)勢，Vicor模組電源解決方案可通過(guò)最全面產(chǎn)品組合的高效率、高密度、配電架構，為效能關(guān)鍵性無(wú)人機應用提供完整的電源解決方案。

　　無(wú)人機的種類(lèi)：

　　無(wú)人機可以從遠端位置進(jìn)行控制，或基于預編程組態(tài)自動(dòng)運行。無(wú)人機有許多應用，從具結到消防，都可以由不同類(lèi)別的無(wú)人機來(lái)實(shí)現。

　　無(wú)人機的電源：

　　根據子系統之負載要求，無(wú)人機有幾個(gè)電源選項。

　　鋰離子電池是一種常用的電源，體積較小、成本較低，因此是100瓦和運行數天的無(wú)人機的理想選擇。

　　為了有更高的能量密度和功率密度，還可以選擇其他的備選電源，包括太陽(yáng)能電池系統、燃氣輪機以及柴油發(fā)電機等。

　　無(wú)人機的典型電源鏈：

　　圖1 ： 無(wú)人機電源鏈

　　在典型的無(wú)人機電源鏈中，有一個(gè)基于渦輪的發(fā)電機提供3相AC電源，其可通過(guò)整流器轉換為270VDC電源，然后通過(guò)隔離式DC-DC轉換器轉換為48VDC電源或28VDC電源。

　　無(wú)人機上有許多有效負載，包括雷達、影像、航空電子、導航、制導、飛控系統和數據傳輸鏈路，其中每一個(gè)都需要一個(gè)3.3V、5V及12V等的電壓范圍。因此，下游DC-DC轉換器或非隔離式負載點(diǎn)（niPoL）都需要為所需的負載電壓提供28V或48V DC母線(xiàn)。

　　為了實(shí)現高效率，高電壓DC母線(xiàn)（270V、48V或28V）沿著(zhù)無(wú)人機的電源鏈進(jìn)行優(yōu)先配電。配電引起的功率損耗系以I2R（R線(xiàn)阻）為主，由于提高電壓可以最大限度地降低配電損耗，因而可減少電流；對于大型無(wú)人機更是如此，因為有很長(cháng)的配電長(cháng)度。

　　在安全方面，在高電壓DC母線(xiàn)（270V）和低電壓DC母線(xiàn)之間需要進(jìn)行隔離，當低于60V的電壓與高電壓隔離開(kāi)時(shí)，就符合安全超低電壓（SELV）要求。

　　根據圖1所顯示的電源鏈，有兩級DC-DC轉換，由于穩壓在下一級完成，其中第一級需要隔離之非穩壓DC-DC轉換器，而由于隔離在上游完成，第二級則需要穩壓之非隔離DC-DC轉換器。為了實(shí)現更高的效率和更低的解決方案成本，隔離和穩壓沒(méi)有在DC-DC轉換器的每一級重復。

　　270V至28V DC-DC轉換：

　　圖2

　　除了整流器，還有非隔離之非穩壓270VDC電壓，藉由MIL-COTS BCM（母線(xiàn)轉換器模組）和MIL-COTS PRM（前置穩壓器模組）轉換到負載用的一個(gè)隔離、穩壓的電壓，如28V。

　　GaAs發(fā)射器：

　　270V至28V電源鏈的應用之一是GaAs發(fā)射器，其方框圖如圖3所示。

　　圖3 ： GaAs發(fā)射器電源鏈

　　有效負載、GaAs發(fā)射器都需要超過(guò)200瓦的功率。為了滿(mǎn)足電力需求，需要將BCM模組和PRM模組并聯(lián)至電源陣列，以提高輸出功率。下面一段談?wù)勅绾尾⒙?lián)具有均流能力的BCM和PRM。

　　BCM和PRM模組可以組態(tài)超過(guò)1千瓦的電源陣列。

　　BCM模組是一款隔離的非穩壓DC-DC轉換器模組，可藉由一個(gè)固定比K系數為SELV輸出提供高電壓輸入。就這個(gè)特定零部件（MBCM270x450M270A00）而言，K系數為1/6，因此輸出電壓始終為輸入電壓的1/6，270V輸入有45V輸出。

　　PRM模組是一款穩壓的非隔離DC-DC轉換器模組，可為負載提供穩壓的電壓。由于PRM輸出電壓可以微調，因此它可針對GaAs發(fā)射器調低至28V。

　　圖4 ： GaAs發(fā)射器解決方案的效率

　　BCM是一款隔離的非穩壓DC-DC轉換器。

　　PRM是一款穩壓的非隔離DC-DC轉換器。

　　上一段已經(jīng)提到，隔離和穩壓并沒(méi)有由DC-DC轉換的每一級、或電源鏈中的單個(gè)DC-DC轉換器重復，為的是獲得更高的效率。

　　因此，藉由使用BCM和PRM模組，270V至28V DC-DC轉換的整體效率可達到93.12%。

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