无人机整机
反无人机系统
通信链路
导航与控制
动力与能源
任务载荷
发射与回收
材料与制造
无人机用品
无人机通用件
无人机租赁
无人机培训
当前位置:全球无人机网 » 无人机技术 » 技术 » 正文

探讨无人机电源系统设计方案

发布日期:2016-06-11  来源:亿芯网我要投稿我要评论
 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、重量轻、功率密度高(SWaP)可以让无人机携带更多的有效负载,飞行和续航时间更长,并完成更多的任务。

更高的效率可以尽可能利用能源效率,最大限度地延迟续航时间和飞行时间,也可使热管理尽可能容易,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仅可以使电源系统设计更加容易,而且还可让无人机设计人员专注于无人机设计之其他部分,而不是在电源系统设 计上花大量的时间;它不仅可节省设计完成时间,还可降低设计复杂性。

为了充分利用上述优势,Vicor模组电源解决方案可通过最全面产品组合的高效率、高密度、配电架构,为效能关键性无人机应用提供完整的电源解决方案。

无人机的种类:

无人机可以从远端位置进行控制,或基于预编程组态自动运行。无人机有许多应用,从具结到消防,都可以由不同类别的无人机来实现。

无人机的电源:

  根据子系统之负载要求,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、成本较低,因此是100瓦和运行数天的无人机的理想选择。

  为了有更高的能量密度和功率密度,还可以选择其他的备选电源,包括太阳能电池系统、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

在典型的无人机电源链中,有一个基于涡轮的发电机提供3相AC电源,其可通过整流器转换为270VDC电源,然后通过隔离式DC-DC转换器转换为48VDC电源或28VDC电源。

无人机上有许多有效负载,包括雷达、影像、航空电子、导航、制导、飞控系统和数据传输链路,其中每一个都需要一个3.3V、5V及12V等的电压范围。因此,下游DC-DC转换器或非隔离式负载点(niPoL)都需要为所需的负载电压提供28V或48V DC母线。

为了实现高效率,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,由于提高电压可以最大限度地降低配电损耗,因而可减少电流;对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母线之间需要进行隔离,当低于60V的电压与高电压隔离开时,就符合安全超低电压(SELV)要求。

根据图1所显示的电源链,有两级DC-DC转换,由于稳压在下一级完成,其中第一级需要隔离之非稳压DC-DC转换 器,而由于隔离在上游完成,第二级则需要稳压之非隔离DC-DC转换器。为了实现更高的效率和更低的解决方案成本,隔离和稳压没有在DC-DC转换器的每 一级重复。

  270V至28V DC-DC转换:

图2

  除了整流器,还有非隔离之非稳压270VDC电压,藉由MIL-COTS BCM(母线转换器模组)和MIL-COTS PRM(前置稳压器模组)转换到负载用的一个隔离、稳压的电压,如28V。

  GaAs发射器:

  270V至28V电源链的应用之一是GaAs发射器,其方框图如图3所示。

图3:GaAs发射器电源链

有效负载、GaAs发射器都需要超过200瓦的功率。为了满足电力需求,需要将BCM模组和PRM模组并联至电源阵列,以提高输出功率。下面一段谈谈如何并联具有均流能力的BCM和PRM。

BCM和PRM模组可以组态超过1千瓦的电源阵列。

BCM模组是一款隔离的非稳压DC-DC转换器模组,可藉由一个固定比K系数为SELV输出提供高电压输入。就这个特定零部件(MBCM270x450M270A00)而言,K系数为1/6,因此输出电压始终为输入电压的1/6,270V输入有45V输出。

PRM模组是一款稳压的非隔离DC-DC转换器模组,可为负载提供稳压的电压。由于PRM输出电压可以微调,因此它可针对GaAs发射器调低至28V。

图4:GaAs发射器解决方案的效率

  BCM是一款隔离的非稳压DC-DC转换器。

  PRM是一款稳压的非隔离DC-DC转换器。

上一段已经提到,隔离和稳压并没有由DC-DC转换的每一级、或电源链中的单个DC-DC转换器重复,为的是获得更高的效率。

因此,藉由使用BCM和PRM模组,270V至28V DC-DC转换的整体效率可达到93.12%。

并联BCM和PRM的技术:

图5

在并联BCM模组的同时,很容易连接每个BCM模组的输入和输出,从而可藉由阻抗匹配(而不是并联信号)来实现均流,如图5a和5b所示。并联BCM应考虑以下几点。

  1.藉由对称布局完成输入输出互连阻抗匹配,如图5b所示。

  2.均匀冷却使单个BCM模组温度彼此接近。

  3.每个BCM模组的启用/禁用信号(PC引脚)都需要连接起来,在同一时间启动每个模组。

无人机电源系统设计方案探讨

图6:并联PRM

要并联PRM模组(图6),需要使用并联信号(PR引脚)来实现各个模组的均流,同时,具体模组的启用/禁用信号 (PC引脚)需要连接起来,以便同时启动所有模组。如图6所示,一个PRM模组可设置为一个电源阵列中的「主」,以驱动其它负责回馈和稳压的「从」PRM 模组。

正弦振幅转换器(Sine Amplitude Converter,SAC)拓扑结构:

母线转换器模组(BCM)采用SAC拓扑结构,从而可实现优异的效率和功率密度。

图7:SAC转换器

SAC拓扑结构是一个处于BCM模组核心位置的动态、高效能引擎。

SAC是基于变压器的串联谐振拓扑结构,在等于初级侧储能电路谐振频率的固定频率下工作。初级侧的开关FET锁定为 初级的自然谐振频率,在零交叉点开关,从而可消除开关中的功耗,提高效率,显著减少高阶杂讯谐波的产生。初级谐振回路是纯正弦曲线(图7所示),从而可减 少谐波内容,提供更干净的输出杂讯频谱。由于SAC的高工作频率,可使用较小的变压器来提高功率密度和效率。

 
本文链接:http://www.81uav.cn/tech/201606/11/80.html
标签:  电源设计
0条 [查看全部]  相关评论
免责声明:凡注明来源全球无人机网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,请注明出处。非本网作品均来自互联网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。

图文推荐

推荐品牌

论坛新贴

会员
会员及权限
会员注册
会员登录
完善资料
修改会员资料
找回密码
常见问题
产品
查找产品
发布采购
发布产品
招聘
查找招聘
发布招聘
查找简历
发布简历
培训
发布培训课程
发布培训需求
查找培训课程
展会
展会合作
查找展会
发布展会
租赁
查找租赁服务
发布租赁需求
发布租赁任务
文章
发布新闻
发布技术
发布百科
投稿指南
本站服务
网站广告
VIP会 员
新闻营销
专题策划
活动赞助
商务访谈
关于本站
操作手册
网站简介
网站招聘
联系我们
服务介绍
版权隐私
战略合作
联系我们
客服热线:0759-2216160
广告合作: 2539058330(QQ)
展会合作: 2751594898(QQ)
Copyright©2005-2017 81UAV.CN All Rights Reserved  访问和使用全球无人机网,即表明您已完全接受和服从我们的用户协议。 ICP备案号:粤ICP备15079343号-1 SITEMAPS 网站地图 网站留言
运营商: 湛江中龙网络科技有限公司 全球无人机网 
全国公安机关 备案信息 可信网站不良举报 文明转播