摘要：在設計針對無人機（UAV）的電源系統時，設計人員所關心的參數是尺寸、重量、功率密度、功率重量比、效率、熱管理、靈活性和復雜性。體積小、重量輕、功率密度高（SWaP）可以讓無人機攜帶更多的有效載荷，飛行和續(xù)航時間更長，并完成更多的任務。更高的效率可以盡可能利用能源效率，最大限度地提高續(xù)航時間和飛行時間，也使熱管理盡可能容易，因為即使是更少的功率損耗都會傳遞熱量。高度靈活性和低復雜性可以使電源系統設計更加容易，并讓無人機設計人員專注于無人機設計的其他部分，而不是花太多時間在電源系統設計;它縮短了設計時間，并使設計變得不那么復雜。

　　1 無人機的種類

　　無人機可以從遠程位置進行控制，或基于預先配置來自動運行。無人機有許多應用，從取保候審（recognizance）到消防，都可以由不同類別的無人機實現。

　　2 無人機的電源

　　根據子系統的負載要求，無人機有幾種可供選擇的電源。

　　鋰離子電池是一種常用的電源，由于體積小和成本較低，是100瓦和運行數天的無人機理想選擇。為了有更高的能量密度和功率密度，還可以選擇其他替代電源，包括太陽能電池系統、燃氣輪機、柴油發(fā)電機等。

　　3 無人機的典型電源鏈

　　在典型無人機電源鏈中，有一個基于渦輪的發(fā)電機提供三相AC電源，通過整流器轉換為270V DC，然后通過隔離式DC-DC轉換器轉換為48V DC或28V DC。

　　系統和數據鏈路，其中每一個都需要一個3.3V、5V和12V等電壓范圍。因此，下游DC-DC轉換器或niPoL（非隔離式負載點）需要為負載提供28V或48V DC母線所需的電壓。

　　為了提高高效率，高電壓DC母線（270V、48V或28V）沿著無人機的電源鏈進行優(yōu)先配電。由配電引起的功率損耗基于I2R（R為線電阻），由于較高的電壓可以最大限度地降低損耗，從而降低了電流;尤其是大型無人機，還有很長的配電長度。

　　在安全方面，在高電壓DC母線（270V）和低電壓DC母線之間需要進行隔離，當低于60V的電壓與高電壓隔離開時，就符合了SELV（安全特低電壓）要求。

　　如圖1所示的電源鏈，有兩級DC-DC轉換，由于穩(wěn)壓在下一級完成，其中第一級需要隔離和非穩(wěn)壓的DC-DC轉換器，而由于隔離在上游完成;第二級需要穩(wěn)壓和非隔離的DC-DC轉換器。為了提高效率和降低成本，隔離和穩(wěn)壓沒有在DC-DC轉換器的每個級重復。

　　如圖2所示，除了整流器，還有非隔離和非穩(wěn)壓的270V DC，通過MIL-COTS BCM（母線轉換器模塊）和MIL-COTS PRM（前置穩(wěn)壓器模塊）轉換到負載用的一個經隔離和穩(wěn)壓的電壓，如28V。

　　270V至28V電源鏈的應用之一是GaAs發(fā)射器，如圖3所示。有效載荷、GaAs發(fā)射器都需要超過200瓦的功率。為了滿足電力需求，需要將BCM模塊和PRM模塊并聯至電源陣列，以提高輸出功率。

　　BCM和PRM模塊可以配置超過1千瓦的電源陣列。

　　BCM模塊是一個隔離和非穩(wěn)壓的DC-DC轉換器模塊，可通過一個固定比、K系數為SELV輸出提供高輸入電壓。對于這個特定器件（MBCM270x450M270A00），K系數為1/6，因此輸出電壓始終為輸入電壓的1/6，270V輸入有45V輸出。

　　PRM模塊是一個為負載提供穩(wěn)壓的穩(wěn)壓和非隔離的DC-DC轉換器模塊。由于PRM輸出電壓可以調整，針對GaAs發(fā)射器它可以調低至28V。

　　BCM是一個隔離和非穩(wěn)壓的DC-DC轉換器。PRM是一個穩(wěn)壓和非隔離的DC-DC轉換器。

　　在上一段已經提到，隔離和穩(wěn)壓并沒有由DC-DC轉換的每個級，或電源鏈中的具體DC-DC轉換器進行重復，為的是獲得更高的效率。

　　因此，通過使用BCM和PRM模塊，270V至28V DC-DC轉換的整體效率達到了93.12%。