為無人機的可靠運行構建冗余電源總線

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）市場成功的關鍵標準是可靠性。我們希望他們攜帶包裹或對人口稠密地區進行監視。對于機載無人機來說，突然的、意外的斷電是不可接受的，因為當它們掉到地上時，旁觀者有受傷的風險。因此，冗余是設計架構的重要組成部分，尤其是對于動力傳輸子系統而言，因為它不僅在啟用制導系統中而且在轉子葉片本身中發揮作用。未來無人駕駛飛行器 (UAV)（也稱為無人機）市場成功的關鍵標準是可靠性。我們希望他們攜帶包裹或對人口稠密地區進行監視。對于機載無人機來說，突然的、意外的斷電是不可接受的，因為當它們掉到地上時，旁觀者有受傷的風險。因此，冗余是設計架構的重要組成部分，尤其是對于動力傳輸子系統而言，因為它不僅在啟用制導系統中而且在轉子葉片本身中發揮作用。通過冗余提高可靠性的可能架構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 轉換器供電。如果一個電池或轉換器出現故障，其他電池或轉換器可以接管，盡管飛行時間會大大縮短。然而，這應該足以使無人機進行受控著陸。通過冗余提高可靠性的可能架構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 轉換器供電。如果一個電池或轉換器出現故障，其他電池或轉換器可以接管，盡管飛行時間會大大縮短。然而，這應該足以使無人機進行受控著陸。N+1 架構已被證明是一種在大型系統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 架構很可能在無人機設計中受到青睞。N+1 架構已被證明是一種在大型系統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 架構很可能在無人機設計中受到青睞。在雙冗余架構中，選擇合適的 DC/DC 轉換器很重要，因為如果一側出現故障，電流負載會發生變化。轉換器通常會在較高負載下表現出效率的提高，并在接近滿載時達到峰值。在正常情況下，每個 DC/DC 轉換器將以低于 50% 的負載能力運行，這可能意味著效率下降。多相轉換器架構可以幫助解決這個問題。在雙冗余架構中，選擇合適的 DC/DC 轉換器很重要，因為如果一側出現故障，電流負載會發生變化。轉換器通常會在較高負載下表現出效率的提高，并在接近滿載時達到峰值。在正常情況下，每個 DC/DC 轉換器將以低于 50% 的負載能力運行，這可能意味著效率下降。多相轉換器架構可以幫助解決這個問題。這種設計使用多個開關電路在滿載時進行轉換。隨著負載需求的下降，不再使用的相位可以關閉，而那些保持活躍的相位則以接近峰值效率的方式運行。這種設計使用多個開關電路在滿載時進行轉換。隨著負載需求的下降，不再使用的相位可以關閉，而那些保持活躍的相位則以接近峰值效率的方式運行。在使用多個轉換器的電源電路中，僅將為負載供電的輸出連接在一起是不夠的。一個問題是兩個轉換器不會平均分流電流需求，這給負載調節帶來了問題。如果電源掉線，可能會發生短路故障，導致整個系統失效。ORing 設備用于保護系統免受電源共享問題的影響。在使用多個轉換器的電源電路中，僅將為負載供電的輸出連接在一起是不夠的。一個問題是兩個轉換器不會平均分流電流需求，這給負載調節帶來了問題。如果電源掉線，可能會發生短路故障，導致整個系統失效。ORing 設備用于保護系統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，允許系統使用剩余的電源繼續運行。就其性質而言，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 應用中，二極管的大部分工作壽命都處于正向傳導模式，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，允許系統使用剩余的電源繼續運行。就其性質而言，二極管會瞬間斷開輸入電源短路。