5kW系留无人机电源解决方案

HVDC 及高功率密度组件助力提升有效载荷

客户挑战

无人机设计人员需要在他们设计的设备上安装更多的仪表，所有这些都需要更多的电源，这就需要他们对无人机的航程以及续航时间做出权衡取舍，以支持这一增加的有效载荷。很多无人机设计人员已经能够改用系留设计，通过取消飞行器的电源来增加有效载荷能力。但系缆本身仍然是无人机在飞行和盘旋时所必须携带的重量，即使在设计中整合了牵引系统也是如此，而且无人机需要飞行，飞得越远，系缆就越长、越重。

一个系留无人机制造商正在寻找创造性的方法，最大限度提升其一款设计中的高功耗有效载荷。初步审查后发现,5kW电源解决方案是一个重要的重新设计目标,这样可减轻非有效载荷重量。与此同时，该团队希望提高系缆传输的图像及传感器数据的质量，这就意味着必须降低电源系统的EMI。

解决方案

我们的应用团队一直与大量面临类似挑战的工程师合作，他们建议采用高电压 (400V) DC输电解决方案达到本次设计的目标。一个具有 4 个高电压母线转换器(BCM)的阵列将 400V系缆电压隔离起来，并将其直接转换为 48V电压，以驱动电机及控制系统。2个DC-DC转换器(DCM)不仅为高清摄像机提供了24V 电压，并为控制及遥测提供了12V 电压。

结论

在地面上使用高压电源，然后在板端把高压降低到所需要的低压，其结果显著缩减了系缆的尺寸和重量，降低了其“帆”效应。在飞行器上使用超高功率密度 (2,750W/in3)、轻量级BCM (41g) 及DCM (29.2g)， 在尺寸仅为75.4平方厘米的封装中实现了总功率为5kW的电源。 BCM的高效率 (98%) 以及其所具有的双面散热能力，降低了散热器需求，从而进一步缩减了电源解决方案的尺寸和重量。此外，组件的正弦振幅转换拓扑最大限度降低了 EMI 以及相关滤波器的重量和尺寸。 通过系缆及机载电源转换解决方案节省空间和重量，显著提升了飞行器的有效载荷能力。此外，由于并联非常简单直接，不需要进一步的组件，因此功率级的任何扩展未来都很容易实现，无需对无人机进行大规模的重新设计。