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UAV・ドローンの
積載量と飛行時間を増やす
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Size, weight and power efficiency challenges

サイズ、重量、変換効率の課題

UAVの積載量が増加し飛行時間が長くなるに従い、機体のサイズ、重量、消費電力(SWaP)は増大します。UAVのサイズと重量を削減するために大きく貢献するのが、電力供給ネットワーク (PDN)を見直すことが重要です。軽く、高電力密度で高効率のDC-DC給電ソリューションを用いることで、UAVの機能や積載量を増やすことができ、飛行時間も拡大できます。

小型・軽量化して高効率に給電する

Vicorの電源モジュールを用いれば、様々な動作電圧・電力の、地上制御システムと期待搭載システムの両方を、短期間で開発することができます。

Vicor UAV power solutions

The benefits of modular power

特長と利点

業界トップクラスの電力密度1000 W/in3

業界トップクラスのパワーウェイトレシオ16.7W/g

最大98%の変換効率

短期間でPDNを設計・実装する

UAV・ドローン向けのVicorの電力供給ネットワーク (PDN)

有線の航空・潜水機 (UAV/UUV/ROV)

このタイプの無人機は地上に設置された電源から、ワイヤーを通して給電・制御されます。500V~800Vの高電圧を用いれば細くて長いワイヤーを使うことができるため、ドローンの飛行高度が上がり、水中では航続距離を延ばすことができます。機体には、ワイヤーから受ける高電圧を降圧するために、貴重な積載スペースを占有しない、高効率・高電力密度の電力供給ネットワーク (PDN)を搭載することが必要です。一般的な有線ドローンは、地上に設置した電源から1~5kWの電力を回転翼UAV/UUVに供給しており、航続時間に制限がなく、制御性に優れています。

Photo of a tethered underwater UAV

電力供給ネットワーク (PDN)

BCM4414などのVicorの電圧変換比固定BCM(バスコンバータモジュール)は、このシステムに最適なSWaP性能を実現する電源ソリューションです。BCM4414を使うことで、1.8kWの電力を97%以上の高い変換効率で昇圧/降圧することができます。地上のステーションでは、単相または三相ACを整流した後にBCM4414を使うことで、絶縁しながら48Vに降圧し、別のBCM4414で48Vから800Vに昇圧して、ワイヤーに給電します。ワイヤーで給電される800Vを機体で使う48Vに降圧するためには、さらにもう一つBCM4414を使います。電源システムにBCM4414を使うことで、地上の電源とUAVの両方を小型・軽量化できるだけでなく、ワイヤーの直径と重量も大幅に減らすことができます。その結果、きわめて可搬性に優れた、どこででも運用することができる、高性能のシステムが実現します。

BCM4414の後段にはZVS降圧レギュレータを使うと、非常に高い電力密度で使いやすい、高効率のPOLレギュレータが実現します。高度なゼロ電圧スイッチング(ZVS)技術が組み込まれているため、POLの性能が上がり、最高レベルの変換効率98%を達成します。ZVSレギュレータは、制御回路と電力半導体、その他のコンポーネントLGA/BGA/GQFNパッケージのSiP(System-in-Package)に、高密度に集積されています。

Example Power Delivery Network for a tethered UAV
BMC4414

BCM4414 

電圧変換比固定 DC-DCコンバータ

入力電圧: 500 – 800V

出力電圧: 31.3 – 50V

出力電流: 最大35A

4.4 x 1.4 x 0.4in
 

ZVS buck regulator

ZVS 降圧レギュレータ

入力電圧: 12, 24 or 48V

出力電圧: 1 – 16V

出力電流: Up to 22A

最小 7.0 x 8.0 x 0.85mm
 

有線式でないUAV 

このタイプのUAVはバッテリや燃料電池、太陽電池を電力源としており、航続距離と積載量を確保するために、SWaPの条件が厳しくなります。また、このような電力源の出力電圧は変動範囲が広く、非線形であるため、標準的なPWM(パルス幅変調)による制御は適しません。電力変換・給電ソリューションに新しい技術を使うことで、制御が容易になり、厳しいSWaPの条件を満たすことができます。

Photo of a untethered UAV

電力供給ネットワーク (PDN)

ZVS降圧・昇降圧レギュレータは、変換効率が最大98%の、非常に電力密度が高く扱いやすい POL DC-DCレギュレータです。高度なゼロ電圧スイッチング(ZVS)技術を搭載しており、制御回路、電力半導体、その他のコンポーネントがLGA/BGA/GQFNパッケージのSiP (System in Package)に高密度に集積されています。並列接続して電力を増やす場合は、1本の信号線のみでカレントシェアができます。ZVSレギュレータはスイッチング周波数が高いので、外付けのフィルタを小型にすることができ、電力密度が向上します。また、入力と負荷の変動に対する高速応答が可能です。ZVSシリーズの降圧レギュレータは、12V、24V、48Vのシステム電圧に対応しており、それぞれのシリーズは共通のパッケージです。

Example Power Delivery Network for an untethered UAV
ZVS buck regulator

ZVS 降圧レギュレータ

入力電圧: 12, 24 or 48V

出力電圧: 1 – 16V

出力電流: Up to 22A

最小 7.0 x 8.0 x 0.85mm
 

通信用無人航空機

このタイプのUAVは、長時間飛行するために太陽電池で動作します。太陽光発電システムは最大電力点追従制御(MPPT)を用いるため、太陽光エネルギーから電力に変換するときの電圧値は、取り出す電力が最大になるように調整されます。この電圧は2次バッテリを充電する電圧に変換され、または、電源システムの中間バスネットワークへ供給されます。このような構成のUAVの発展に伴い、多様なエネルギー源を利用して様々な用途に対応しようとするUAVのSWaP要件は厳しくなっています。そのためVicorの電圧変換比固定コンバータに採用されているゼロ電圧スイッチング(ZVS)やゼロ電流スイッチング(ZCS)などの高効率電力変換技術は重要な役割を持ちます。

Photo of an unmanned aircraft

電力供給ネットワーク (PDN)

Vicorのモジュール電源ソリューションはBCM6123とPI3741 ZVS昇降圧レギュレータで構成されています。BCM6123は350Vを固定の比率で48V中間バス電圧に絶縁・変換し、PI3741は非常に広い入力電圧で動作しUAVの様々な負荷に正確な28V供給します。

Example Power Delivery Network for an unmanned aircraft
BCM6123

BCM6123 

電圧変換比固定DC-DCコンバータ

入力電圧: 260 – 410V

出力電圧: 32.5 – 51.3V

出力電流: 最大25.7A

63.3 x 22.8 x 7.2mm

ZVS buck-boost regulator

PI3741 ZVS 昇降圧レギュレータ

入力電圧: 21 – 60V

出力電圧: 21 – 36V

出力電力: 最大140W

14.0 x 10.0 x 2.6mm
 

コンテンツ

UAV
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高効率な電力供給システムについてもっと詳しく知りたい方は、下記フォームよりお問い合わせください。

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