采用DC-DC模块的无人机(UAV)电源解决方案
摘要:
在设计针对无人机(UAV)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载荷,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,最大限度地提高续航时间和飞行时间,也使热管理尽可能容易,因为即使是更少的功率损耗都会传递热量。
高度灵活性和低复杂性可以使电源系统设计更加容易,并让无人机设计人员专注于无人机设计的其他部分,而不是花太多时间在电源系统设计;它缩短了设计时间,并使设计变得不那么复杂。
为了利用以上提到的优势,Vicor模块电源解决方案可以用最全面产品组合的高效率、高密度、配电架构,为性能关键的无人机应用提供完整的电源解决方案。
无人机的种类:
无人机可以从远程位置进行控制,或基于预先配置来自动运行。无人机有许多应用,从取保候审(recognizance)到消防,都可以由不同类别的无人机实现。
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无人机的种类 |
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近距离无人机 |
短程无人机 |
耐力型无人机 |
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范围 |
50公里 |
200公里 |
> 200公里 |
耐力 |
30分钟至2小时 |
8至10小时 |
> 24小时 |
重量 |
2-10磅 |
< 10,000磅 |
< 229,000磅 |
速度 |
- |
< 300 mph |
< 454 mph |
海拔高度 |
< 1000英尺 |
< 50,000英尺 |
< 65,000英尺 |
有效载荷 |
- |
< 3,800磅 |
< 1,900磅 |
无人机的电源:
根据子系统的负载要求,无人机有几种可供选择的电源。
锂离子电池是一种常用的电源,由于体积小和成本较低,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,还可以选择其他替代电源,包括太阳能电池系统、燃气轮机、柴油发电机等。
无人机的典型电源链:
图1(UAV电源链)
在典型无人机电源链中,有一个基于涡轮的发电机提供3相ac电源,通过整流器转换为270V dc,然后通过隔离式DC-DC转换器转换为48V dc或28V dc。
系统和数据链路,其中每一个都需要一个3.3V、5V和12V等的电压范围。因此,下游DC-DC转换器或niPoL(非隔离式负载点)需要为负载提供28V或48V dc母线所需的电压。
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。由配电引起的功率损耗基于I2R(R为线电阻),由于较高的电压可以最大限度地降低损耗,从而降低了电流;尤其是大型无人机,还有很长的配电长度。
在安全方面,在高电压DC母线(