无人机电源系统方案设计

无人机电源系统方案设计
电源系统是由整流设备、直流配电设备、蓄电池组、直流变换器、机架电源设备等和相关的配电线路组成的总体。

下面就是小编整理的无人机电源系统方案设计，一起来看一下吧。

在设计无人机用的电源系统时，设计人员所关心的参数是尺寸、重量、功率密度、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。

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。

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 ：无人机电源链
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、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。

图2
除了整流器，还有非隔离之非稳压270VDC电压，藉由MIL-COTS BCM和MIL-COTS PRM转换到负载用的一个隔离、稳压的电压，如28V。

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%。