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无飞行时间限制的系留无人机

A hybrid power module-driven architecture enables a tethered surveillance drone to detach and freely track objects.

FlyFocus tethered drone image

系留无人机技术的发展为边境巡逻、直播活动、临时通信塔以及低空卫星监控等带来了新的机遇。大量更多应用正在发展,需要无限的飞行时间和可靠性,必要时,可在飞行范围内灵活地分离系线。

系留无人机和无人机 (UAV) 技术是正在高速增长的市场的重要组成部分。据市场分析公司 Technavio 预估,未来几年的年复合增长率将超过 70%。增长动力包括通信与安全,无人机可迅速部署在这些领域,建立稳固的渠道并覆盖广泛的地区。

Flyfocus 是一家专业设计制造地面连接无人机的公司。电力电子领域的最新发展使得该公司优化了其最新系留 无人机系统,不仅提高了有效载荷和安全性,而且还延长了其飞行时间。系留无人机具有快速数据传输、电池可持续充电、控制性更强以及安全性最高等特殊特性。Flyfocus 的全新CableGuard可以在系线模式下升至 70 米的高度。

系留无人机面临的一项主要挑战是系线电缆的物理设计。它不仅要将电源提供给旋翼驱动电机、控制电子设计和机载电池,同时还要有足够的强度,以确保无人机的安全,并且重量足够轻,以避免在系线分离进行自由飞行时出现的安全隐患。此外,轻量级线缆还可减少无人机的负载,提高效率并延长飞行时间。

为什么选择系留无人机?

从系留无人机开始,然后沿着线缆向后,任何人在任何时候都可以知道谁是无人机的主人。从表面上看,这似乎对于安全性来说不那么重要,但系线本身的形象,加上主人的确定性,可以让附近的人放心。不管怎样,连接线缆对于无人机所有者而言也有优势:如果飞行系统突然出现故障,系留无人机也会保持安全。

从系留无人机开始,然后沿着线缆向后,任何人在任何时候都可以知道谁是无人机的主人。从表面上看,这似乎对于安全性来说不那么重要,但系线本身的形象,加上主人的确定性,可以让附近的人放心。不管怎样,连接线缆对于无人机所有者而言也有优势:如果飞行系统突然出现故障,系留无人机也会保持安全。

电源管理

系留无人机的一个主要挑战是涉及转子驱动电机及控制电子器件的电源管理。通过长线缆传输电源,会产生必须补偿的传输损耗。线缆(传输线)的目的是让无人机保持在预定的高度上,并确保电源和数据的传输。粗细和长短的限制也与应用有关。每条传输线都可视为由无限长度的无限单元组成。

更轻系线和更节省空间的更轻电源电子产品的完美组合,将使无人机具有无限的飞行时间。

固定比率母线转换器模块

合理设计的供电网络可调和两种完全相反的要求:一种是为了安全使用更细、更轻的线缆;另一种是为了传输电源使用更粗、更重的线缆。架构一款通过线缆传输高压(如 800VDC)电源的 PDN,可显著降低传输损耗,这不仅可以使用更细的线缆,而且还可以使用更长的线缆,提高无人机性能。无人机上 Vicor 的高密度电源模块可将高电压转换为无人机电机和电子产品使用的较低电压。Vicor 模块重量轻,体积小,可节省有效载荷空间,增强无人机功能。

Flyfocus 使用 Vicor BCM® 模块,通常提供 98% 的效率,能够通过 400VDC 输入电压在48V时提供 1750W 的功率。BCM 采用 ChiP™ 或 Vicor 集成型适配器 (VIA™) 封装提供,不仅可简化散热,而且还可提供集成PMBus® 控制、EMI 滤波和瞬态保护功能。这些转换器是固定比率器件,也称母线转换器,没有整合输出稳压,因此可确保高效率。这些类型的转换器适合双向电源转换。

The Vicor BMC family eVicor BMC 系列采用正弦振幅转换器 (SAC™) 拓扑提供极高的转换效率。当大多数 DC-DC 转换器拓扑采用 PWM 技术来控制二级功率输出时,SAC 可提供一种简洁的方法,应对限制 PWM 频率的开关损耗挑战。SAC 的目标是减少噪声谐波的生成,通过使用更轻、更小的组件来提高效率。低 EMI 可减少使用滤波组件,这种转换器使用 MHz 量级的方波信号,该频率比经典 PWM 高很多,而且有与输出负载匹配的振幅。

Simplified layout of a SAC converter.

图 1:SAC 转换器的简化布局。

Vicor-article-tethered-drones-unlimited-flight-fig1

图 2:系留无人机的电源系统框图。

Flyfocus 发言人强调了电源管理配置对于项目成功的重要性。图 2 是我们使用 Vicor BCM6123 的配置,可为无人机内部电子器件提供来自400VDC 的隔离和 48VDC 母线电源。Flyfocus 通过使用这项技术,能够将电源转换器总体重量降至 200 克以下。

Flyfocus ground control system

Figure 3: Ground control system in rugged plastic case up to 6h of work on inbuilt battery (Source: Flyfocus).

系留无人机技术的发展势头越来越强,因为电源配置不仅可以提供高效率,重量也很轻,使得无人机设计人员可最大限度提高有效载荷容量并减少系线阻力。

本文 最初由EETimes Europe发表。

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