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基於模組的緊湊型高壓供電網絡助力克服繫留無人機供電系統的挑戰

下面是摘自在《電子工程專輯》上發表的技術文章《基於模組的緊湊型高壓供電網絡助力克服繫留無人機供電系統的挑戰》的摘要

Ispagro drone image

機器人和無人駕駛汽車車隊正在重塑自動化與生產的未來。生產力持續提高的驅動力是續航里程及正常運行時間的延長,這些都與車隊的維護息息相關,特別是充電過程。如今,充電產品的高成本和低效率一個最主要原因就是需要人爲干預;因此,無人機和自主機器人開發人員正在尋找進一步提高功率密度和效率的方法,以減輕負載並延長電池使用壽命。

實現這些改進,不僅需要重新考慮供電網絡 (PDN),而且還需要使用高密度電源模組取代傳統一體化電源。

繫留無人機是無人機市場的一個增長點,因爲監測和通信等應用都需要更長的正常運行時間和更大的載荷能力。Ispagro 通過改造 DJI 和 Parrot 等製造商市場領先的現有小型無人機,以創新的方式滿足這一市場需求。改造現有的無人機,Ispagro 能夠以極具成本優勢的方式,充分滿足不斷髮展的市場需求。  

然而,這些電池供電的小型無人機的有效載荷和正常運行時間都很有限。因此,增加線纜不僅可延長正常運行時間,而且還可在電源故障、系線損壞的情況下,通過機載電池提供安全着陸的故障安全保障。但系線的確會給無人機設計人員平添更多的挑戰,他們必須在 400 克的有效載荷限制內容納 50 米的系線和天線裝置。

更小的外形、更輕的重量帶來高效供電。

大尺寸系線限制航程與性能

最大的挑戰是減輕系線的重量。較重的系線需要更多的電源來維持飛行時間。較大的重量也會限制無人機的飛行高度和航程。高功率 DC-DC 轉換通常需要龐大的電源,因爲它們通過系線發送較低的電壓電源,但是電流會很大。

繫留無人機的最佳電源設計

減輕系線重量的最好辦法是爲系線發送高電壓電源並將其在負載端降壓轉換至低電壓。通過更輕、更高效的更細系線傳輸電源,高壓比低壓更高效。爲了最大限度降低空中無人機的重量,使用小型固定比率母線轉換器模組高效將高壓 (400-800V) 轉換爲負載電壓 (20V-50V)。Vicor BCM 可達到 98% 的峯值效率和 95% 的持續效率。

Vicor BCM 供電方案將線纜重量銳減 30 — 40%

高密度的輕量級電源模組是該應用的理想選擇,支持更小的輸入電流和更細更輕的系線。從系線電纜節省的重量可用來最大限度提高有效載荷,以增強無人機的功能和性能。此外,大容量無人機的更新版本還需要在無人機內部進行功率轉換,必須採用輕量級的高性能電源模組,才能適應該系統。

BCM powerchain

Vicor 高密度高效率電源模組可輕鬆應對 Ispagro 面臨的挑戰。BCM 系列固定比率轉換器 爲機載電源轉換提供最高的效率和最高的功率密度。BCM 可用於大量輸入輸出電壓的組合,以適應廣泛的有效載荷應用,而且它們還可輕鬆並聯,簡化 UAV 平台的開發

高效、輕量級 Vicor BCM 的完美結合,可將系線重量銳減 30% 到 40%。BCM 模組可以與不同電源的輸入並聯,因爲它們是隔離的變壓器。此外,安裝間距非常小、能均勻散熱的 BCM 模組還將均衡功耗。這可進一步減少所需的空間,簡化熱管理,並提高無人機的有效載荷。

Vicor 的模組化解決方案提供高效率、高功率和可擴展性

Vicor PDN 解決方案具有業界領先的高功率密度,因此不僅結構緊湊,而且重量還很輕。Ispagro 能夠使用固定比率 BCM,通過一個簡單的雙模組解決方案滿足其更高的功率需求。該解決方案能夠以很長的平均故障間隔時間實現高達 98% 的峯值效率以及高達 95% 的持續效率。隨着 Ispagro 電源需求的增加,這些 BCM 既可替換爲其它 BCM,也可根據需要進行並聯,幾乎不需要額外的開發工作。

母線轉換器是高密度、高效率、固定比率(非穩壓)隔離式 DC-DC 轉換器模組。BCM 採用 ChiP 或 Vicor 集成型適配器 (VIA) 封裝提供,不僅可簡化散熱,而且還可提供集成型 PMBus 控制、EMI 濾波和瞬態保護功能。該系列可通過各種 K 因子從 800V 擴展到 48V 輸入,以適應廣泛的應用和市場。高電壓 BCM ChiP 基於我們的專有正弦振幅轉換器拓撲,不僅能夠達到 98% 的峯值效率,而且還可實現高達 2,400W/in³ 的高功率密度。

BCM family image

BCM® 母線轉換器模組

在《Bisinfotech 雜誌》上 閱讀全文,於 2021 年 1 月 8 日發表。

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