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無(wú)人機(jī)電源系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
電源系統(tǒng)是由整流設(shè)備、直流配電設(shè)備、蓄電池組、直流變換器、機(jī)架電源設(shè)備等和相關(guān)的配電線路組成的總體。下面就是小編整理的無(wú)人機(jī)電源系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，一起來(lái)看一下吧。
[導(dǎo)讀] 在設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)（UAV）用的電源系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員所關(guān)心的參數(shù)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(fù)雜性。體積小、重量輕、功率密度高（SWaP）可以讓無(wú)人機(jī)攜帶更多的有效負(fù)載，飛行和續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)，并完成更多的任務(wù)。
關(guān)鍵詞：GaAs發(fā)射器無(wú)人機(jī)電源無(wú)人機(jī)
在設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)（UAV）用的電源系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員所關(guān)心的參數(shù)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(fù)雜性。體積小、重量輕、功率密度高（SWaP）可以讓無(wú)人機(jī)攜帶更多的有效負(fù)載，飛行和續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)，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(xù)航時(shí)間和飛行時(shí)間，也可使熱管理盡可能容易，因?yàn)榧词故禽^少的功率損耗也會(huì)導(dǎo)致熱傳遞。高靈活性和低復(fù)雜性不僅可以使電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加容易，而且還可讓無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)人員專注于無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)之其他部分，而不是在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)上花大量的時(shí)間；它不僅可節(jié)省設(shè)計(jì)完成時(shí)間，還可降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性。
為了充分利用上述優(yōu)勢(shì)，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(gòu)，為效能關(guān)鍵性無(wú)人機(jī)應(yīng)用提供完整的電源解決方案。
無(wú)人機(jī)的種類：
無(wú)人機(jī)可以從遠(yuǎn)端位置進(jìn)行控制，或基于預(yù)編程組態(tài)自動(dòng)運(yùn)行。無(wú)人機(jī)有許多應(yīng)用，從具結(jié)到消防，都可以由不同類別的無(wú)人機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
無(wú)人機(jī)的電源：
根據(jù)子系統(tǒng)之負(fù)載要求，無(wú)人機(jī)有幾個(gè)電源選項(xiàng)。
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(yùn)行數(shù)天的無(wú)人機(jī)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(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)以及柴油發(fā)電機(jī)等。
無(wú)人機(jī)的典型電源鏈：
圖1 ： 無(wú)人機(jī)電源鏈
在典型的無(wú)人機(jī)電源鏈中，有一個(gè)基于渦輪的發(fā)電機(jī)提供3相AC電源，其可通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換為270VDC電源，然后通過(guò)隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為48VDC電源或28VDC電源。
無(wú)人機(jī)上有許多有效負(fù)載，包括雷達(dá)、影像、航空電子、導(dǎo)航、制導(dǎo)、飛控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換器或非隔離式負(fù)載點(diǎn)（niPoL）都需要為所需的負(fù)載電壓提供28V或48V DC母線。
為了實(shí)現(xiàn)高效率，高電壓DC母線（270V、48V或28V）沿著無(wú)人機(jī)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(duì)于大型無(wú)人機(jī)更是如此，因?yàn)橛泻荛L(zhǎng)的配電長(zhǎng)度。
在安全方面，在高電壓DC母線（270V）和低電壓DC母線之間需要進(jìn)行隔離，當(dāng)?shù)陀?0V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(jù)圖1所顯示的電源鏈，有兩級(jí)DC-DC轉(zhuǎn)換，由于穩(wěn)壓在下一級(jí)完成，其中第一級(jí)需要隔離之非穩(wěn)壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，而由于隔離在上游完成，第二級(jí)則需要穩(wěn)壓之非隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器。為了實(shí)現(xiàn)更高的效率和更低的解決方案成本，隔離和穩(wěn)壓沒(méi)有在DC-DC轉(zhuǎn)換器的每一級(jí)重復(fù)。
270V至28V DC-DC轉(zhuǎn)換：
圖2
除了整流器，還有非隔離之非穩(wěn)壓270VDC電壓，藉由MIL-COTS BCM（母線轉(zhuǎn)換器模組）和MIL-COTS PRM（前置穩(wěn)壓器模組）轉(zhuǎn)換到負(fù)載用的一個(gè)隔離、穩(wěn)壓的電壓，如28V。
GaAs發(fā)射器：
270V至28V電源鏈的應(yīng)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(fù)載、GaAs發(fā)射器都需要超過(guò)200瓦的功率。為了滿足電力需求，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(wěn)壓DC-DC轉(zhuǎn)換器模組，可藉由一個(gè)固定比K系數(shù)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(shù)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(wěn)壓的非隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器模組，可為負(fù)載提供穩(wěn)壓的電壓。由于PRM輸出電壓可以微調(diào)，因此它可針對(duì)GaAs發(fā)射器調(diào)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(wěn)壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。
PRM是一款穩(wěn)壓的非隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器。
上一段已經(jīng)提到，隔離和穩(wěn)壓并沒(méi)有由DC-DC轉(zhuǎn)換的每一級(jí)、或電源鏈中的單個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器重復(fù)，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(zhuǎn)換的整體效率可達(dá)到93.12%。
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