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Dragonfly Pictures 公司無人機將艦艇直線對傳式無線電通信範圍擴大近 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 電源模組可爲當前繫留無人機增加有效載荷並降低損耗

Dragonfly Pictures 公司 (DPI) 繫留多旋翼無人機非常適合執行需要原地懸停的空中任務。它們的長系線將它們連接到一個基站,可連續供電,使其能夠在空中停留數小時甚至幾天。

然而,這些系線可承受的重量或阻力相當大。系線重量每增加一點,無人機的有效載荷就會減少一點。爲了解決這個問題,設計人員使用兩種不同的方法來減輕系線質量:一種方法是用輕量級合成材料來製造系線,而另一種方法則是在基站使用高電壓/小電流供電,以最大限度縮小系線導體的尺寸,隨後在無人機上進行降壓轉換。

UMAR system boosting communication range nearly 4x

圖 1:  通過將天線懸浮在空中 ,UMAR 系統將艦船無線電直線對傳式連接 從 8 英里擴大到了 30 英里的範圍內,從而可將通信範圍擴大近 4 倍。

要了解使用高壓電源的優勢,您需要考慮通過長系線供電會因長系線的電阻而產生傳輸損耗。此外,粗系線較重,會導致更大的阻力。因此,要最大限度提高有效載荷,您可以通過縮小系線粗細來降低阻力(重量)。

爲了優化繫留無人機的供電網絡 (PDN),最大限度降低配電損耗,最好在系線上傳輸高壓電,並在無人機內部頂部執行電源轉換。

圖 2:  使用高壓 DC,可減少在系線中的電流 (I = P/V),因此可以使用直徑更小的線纜來降低 I2R 損耗。

使用高壓 DC,可減少在系線中的電流 (I = P/V),因此可以使用直徑更小的線纜來降低I2R損耗。通過系線傳輸高壓電源(400V 以上),然後使用高效率的固定比率轉換器針對負載進行降壓轉換,正在迅速成爲繫留無人機供電的最佳實踐(圖 2)。

將通信性能提高 4 倍

DPI 無人機系統對 PDN 進行了創新,可提供高性能的無人多旋翼空中中繼 (UMAR)。UMAR 是一種繫留無人機,可將 15 磅的有效載荷(如通信天線等)吊至 500 多英尺的空中。通過將天線懸浮在空中 ,UMAR 系統可將艦船無線電直線對傳式連接 從 8 英里擴大到 30 英里範圍內,從而可將通信範圍擴大近 4 倍。該系統的設計可承受 0 到 120°F 的極端溫度,而且支持 400 多小時的不間斷工作時間及操作。

UMAR 的功耗爲 8 到 10kW,所有這些均可通過系線提供。DPI 通過 Vicor 高壓 BCM® VIA 模組將通過系線送上來的 800V 電源降壓轉換爲 50V。8 個 BCM 爲 UMAR 的 8 個獨立轉子供電,可在並聯的轉子之間共享電源實現冗餘。另外一個機載超高電壓 BCM 可爲航空電子設備、自動駕駛儀以及有效載荷供電。

適用於惡劣環境的DPI 供電網絡

UHV BCM4414 模組是固定比率 DC-DC 轉換器,提供 98% 的高效率轉換、高達 776W/in3 的功率密度以及集成型 EMI 濾波,測量尺寸只有 4.35×1.40×0.37 英寸(110.55×35.54×9.40 毫米),同時仍保持了可擴展設。

Vicor BCMs help to minimize EMI

圖 3:  8 個 Vicor BCM 並聯爲 DPI UMAR 的 8 個獨立轉子供電,能夠通過在並聯的轉子之間共享電源來增加冗餘。Vicor BCM 中的集成濾波功能幫助降低了電磁干擾。

這些模組採用防水鋁外殼封裝以防止進水,還採用支持雙面散熱的架構,可安裝在主機 PCB 中。當無人機在主船上時,由散熱管和散熱器組成的系統提供被動散熱;當它在空中時,旋轉的轉子則可提供額外的主動散熱。

低壓側參考 PMBus 兼容型遙測控制接口可提供對故障監控以及其它遙測功能的訪問 。這種 PMBus® 功能使 UMAR 運營商能實時監控系統溫度、電壓和電流,這些信息在炎熱的氣候條件下尤其有價值。

此外,超高電壓還可在 VIA™ 封裝外部提供一個小型伴生濾波器參考設計,其可降低傳導的 EMI 強度,最大限度降低電氣噪聲,從而可在無人機和主機/輔助船之間實現清晰的 RF 通信。

DPI 繫留無人機在實際操作條件下進行了廣泛的測試,目前已經完全達到美國海軍在航海及海洋環境中用於情報、監控與偵察 (ISR)、通信與視頻應用的標準。

本文 最初由Power Electronic Tips發表。

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