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為無人機(jī)的可靠運行構(gòu)建冗余電源總線

1285252 2022-11-28 | pdf | 176.93KB | 次下載 | 免費

資料介紹

未來無人駕駛飛行器 (UAV)（也稱為無人機(jī)）市場成功的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)是可靠性。我們希望他們攜帶包裹或?qū)θ丝诔砻艿貐^(qū)進(jìn)行監(jiān)視。對于機(jī)載無人機(jī)來說，突然的、意外的斷電是不可接受的，因為當(dāng)它們掉到地上時，旁觀者有受傷的風(fēng)險。因此，冗余是設(shè)計架構(gòu)的重要組成部分，尤其是對于動力傳輸子系統(tǒng)而言，因為它不僅在啟用制導(dǎo)系統(tǒng)中而且在轉(zhuǎn)子葉片本身中發(fā)揮作用。未來無人駕駛飛行器 (UAV)（也稱為無人機(jī)）市場成功的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)是可靠性。我們希望他們攜帶包裹或?qū)θ丝诔砻艿貐^(qū)進(jìn)行監(jiān)視。對于機(jī)載無人機(jī)來說，突然的、意外的斷電是不可接受的，因為當(dāng)它們掉到地上時，旁觀者有受傷的風(fēng)險。因此，冗余是設(shè)計架構(gòu)的重要組成部分，尤其是對于動力傳輸子系統(tǒng)而言，因為它不僅在啟用制導(dǎo)系統(tǒng)中而且在轉(zhuǎn)子葉片本身中發(fā)揮作用。通過冗余提高可靠性的可能架構(gòu)是使用兩個或多個獨立的電池組，每個電池組為一個單獨的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器供電。如果一個電池或轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)故障，其他電池或轉(zhuǎn)換器可以接管，盡管飛行時間會大大縮短。然而，這應(yīng)該足以使無人機(jī)進(jìn)行受控著陸。通過冗余提高可靠性的可能架構(gòu)是使用兩個或多個獨立的電池組，每個電池組為一個單獨的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器供電。如果一個電池或轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)故障，其他電池或轉(zhuǎn)換器可以接管，盡管飛行時間會大大縮短。然而，這應(yīng)該足以使無人機(jī)進(jìn)行受控著陸。N+1 架構(gòu)已被證明是一種在大型系統(tǒng)中作為提供容錯的方式的具有成本效益的方法。在正常工作條件下，多個電源同時出現(xiàn)故障的可能性極低，因此在以均流模式運行的兩個或三個陣列中添加一個額外的電源不會顯著增加成本。在實踐中，由于尺寸和重量問題，雙冗余 1+1 架構(gòu)很可能在無人機(jī)設(shè)計中受到青睞。N+1 架構(gòu)已被證明是一種在大型系統(tǒng)中作為提供容錯的方式的具有成本效益的方法。在正常工作條件下，多個電源同時出現(xiàn)故障的可能性極低，因此在以均流模式運行的兩個或三個陣列中添加一個額外的電源不會顯著增加成本。在實踐中，由于尺寸和重量問題，雙冗余 1+1 架構(gòu)很可能在無人機(jī)設(shè)計中受到青睞。在雙冗余架構(gòu)中，選擇合適的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器很重要，因為如果一側(cè)出現(xiàn)故障，電流負(fù)載會發(fā)生變化。轉(zhuǎn)換器通常會在較高負(fù)載下表現(xiàn)出效率的提高，并在接近滿載時達(dá)到峰值。在正常情況下，每個 DC/DC 轉(zhuǎn)換器將以低于 50% 的負(fù)載能力運行，這可能意味著效率下降。多相轉(zhuǎn)換器架構(gòu)可以幫助解決這個問題。在雙冗余架構(gòu)中，選擇合適的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器很重要，因為如果一側(cè)出現(xiàn)故障，電流負(fù)載會發(fā)生變化。轉(zhuǎn)換器通常會在較高負(fù)載下表現(xiàn)出效率的提高，并在接近滿載時達(dá)到峰值。在正常情況下，每個 DC/DC 轉(zhuǎn)換器將以低于 50% 的負(fù)載能力運行，這可能意味著效率下降。多相轉(zhuǎn)換器架構(gòu)可以幫助解決這個問題。這種設(shè)計使用多個開關(guān)電路在滿載時進(jìn)行轉(zhuǎn)換。隨著負(fù)載需求的下降，不再使用的相位可以關(guān)閉，而那些保持活躍的相位則以接近峰值效率的方式運行。這種設(shè)計使用多個開關(guān)電路在滿載時進(jìn)行轉(zhuǎn)換。隨著負(fù)載需求的下降，不再使用的相位可以關(guān)閉，而那些保持活躍的相位則以接近峰值效率的方式運行。在使用多個轉(zhuǎn)換器的電源電路中，僅將為負(fù)載供電的輸出連接在一起是不夠的。一個問題是兩個轉(zhuǎn)換器不會平均分流電流需求，這給負(fù)載調(diào)節(jié)帶來了問題。如果電源掉線，可能會發(fā)生短路故障，導(dǎo)致整個系統(tǒng)失效。ORing 設(shè)備用于保護(hù)系統(tǒng)免受電源共享問題的影響。在使用多個轉(zhuǎn)換器的電源電路中，僅將為負(fù)載供電的輸出連接在一起是不夠的。一個問題是兩個轉(zhuǎn)換器不會平均分流電流需求，這給負(fù)載調(diào)節(jié)帶來了問題。如果電源掉線，可能會發(fā)生短路故障，導(dǎo)致整個系統(tǒng)失效。ORing 設(shè)備用于保護(hù)系統(tǒng)免受電源共享問題的影響。在最簡單的形式中，ORing 器件是一個二極管。通過只允許電流沿一個方向流動，ORing 二極管將故障與冗余總線隔離開來，允許系統(tǒng)使用剩余的電源繼續(xù)運行。就其性質(zhì)而言，二極管會瞬間斷開輸入電源短路。然而，出于效率考慮，傳統(tǒng)的二極管可能不是最合適的選擇，尤其是在能源效率方面。在 ORing 應(yīng)用中，二極管的大部分工作壽命都處于正向傳導(dǎo)模式，由于二極管的固有電壓降而耗散功率和熱量。在最簡單的形式中，ORing 器件是一個二極管。通過只允許電流沿一個方向流動，ORing 二極管將故障與冗余總線隔離開來，允許系統(tǒng)使用剩余的電源繼續(xù)運行。就其性質(zhì)而言，二極管會瞬間斷開輸入電源短路。