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Dragonfly Pictures 公司无人机将舰艇直线对传式无线电通信范围扩大近 4 倍

Deploying 800V enabled the tethered UAV to minimize losses and drag by using a thinner, lighter tether cable power.

Dragonfly UAV image

Vicor 电源模块可为当前系留无人机增加有效载荷并降低损耗

Dragonfly Pictures 公司 (DPI) 系留多旋翼无人机非常适合执行需要原地悬停的空中任务。它们的长系线将它们连接到一个基站,可连续供电,使其能够在空中停留数小时甚至几天。

然而,这些系线可承受的重量或阻力相当大。系线重量每增加一点,无人机的有效载荷就会减少一点。为了解决这个问题,设计人员使用两种不同的方法来减轻系线质量:一种方法是用轻量级合成材料来制造系线,而另一种方法则是在基站使用高电压/小电流供电,以最大限度缩小系线导体的尺寸,随后在无人机上进行降压转换。

UMAR system boosting communication range nearly 4x

图 1:  通过将天线悬浮在空中 ,UMAR 系统将舰船无线电直线对传式连接 从 8 英里扩大到了 30 英里的范围内,从而可将通信范围扩大近 4 倍。

要了解使用高压电源的优势,您需要考虑通过长系线供电会因长系线的电阻而产生传输损耗。此外,粗系线较重,会导致更大的阻力。因此,要最大限度提高有效载荷,您可以通过缩小系线粗细来降低阻力(重量)。

为了优化系留无人机的供电网络 (PDN),最大限度降低配电损耗,最好在系线上传输高压电,并在无人机内部顶部执行电源转换。

图 2:  使用高压 DC,可减少在系线中的电流 (I = P/V),因此可以使用直径更小的线缆来降低 I2R 损耗。

使用高压 DC,可减少在系线中的电流 (I = P/V),因此可以使用直径更小的线缆来降低I2R损耗。通过系线传输高压电源(400V 以上),然后使用高效率的固定比率转换器针对负载进行降压转换,正在迅速成为系留无人机供电的最佳实践(图 2)。

将通信性能提高 4 倍

DPI 无人机系统对 PDN 进行了创新,可提供高性能的无人多旋翼空中中继 (UMAR)。UMAR 是一种系留无人机,可将 15 磅的有效载荷(如通信天线等)吊至 500 多英尺的空中。通过将天线悬浮在空中 ,UMAR 系统可将舰船无线电直线对传式连接 从 8 英里扩大到 30 英里范围内,从而可将通信范围扩大近 4 倍。该系统的设计可承受 0 到 120°F 的极端温度,而且支持 400 多小时的不间断工作时间及操作。

UMAR 的功耗为 8 到 10kW,所有这些均可通过系线提供。DPI 通过 Vicor 高压 BCM® VIA 模块将通过系线送上来的 800V 电源降压转换为 50V。8 个 BCM 为 UMAR 的 8 个独立转子供电,可在并联的转子之间共享电源实现冗余。另外一个机载超高电压 BCM 可为航空电子设备、自动驾驶仪以及有效载荷供电。

适用于恶劣环境的DPI 供电网络

UHV BCM4414 模块是固定比率 DC-DC 转换器,提供 98% 的高效率转换、高达 776W/in3 的功率密度以及集成型 EMI 滤波,测量尺寸只有 4.35×1.40×0.37 英寸(110.55×35.54×9.40 毫米),同时仍保持了可扩展设计。

Vicor BCMs help to minimize EMI

图 3:  8 个 Vicor BCM 并联为 DPI UMAR 的 8 个独立转子供电,能够通过在并联的转子之间共享电源来增加冗余。Vicor BCM 中的集成滤波功能帮助降低了电磁干扰。

这些模块采用防水铝外壳封装以防止进水,还采用支持双面散热的架构,可安装在主机 PCB 中。当无人机在主船上时,由散热管和散热器组成的系统提供被动散热;当它在空中时,旋转的转子则可提供额外的主动散热。

低压侧参考 PMBus 兼容型遥测控制接口可提供对故障监控以及其它遥测功能的访问 。这种 PMBus® 功能使 UMAR 运营商能实时监控系统温度、电压和电流,这些信息在炎热的气候条件下尤其有价值。

此外,超高电压还可在 VIA™ 封装外部提供一个小型伴生滤波器参考设计,其可降低传导的 EMI 强度,最大限度降低电气噪声,从而可在无人机和主机/辅助船之间实现清晰的 RF 通信。

DPI 系留无人机在实际操作条件下进行了广泛的测试,目前已经完全达到美国海军在航海及海洋环境中用于情报、监控与侦察 (ISR)、通信与视频应用的标准。

本文 最初由Power Electronic Tips发表。

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