——Vicor BCM4414成功應(yīng)用于系留無(wú)人機(jī)系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)由于可以快速部署等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)。目前大部分無(wú)人機(jī)采用機(jī)載充電鋰電池供電，導(dǎo)致續(xù)航時(shí)間較短，然而某些應(yīng)用場(chǎng)景要求無(wú)人機(jī)能夠長(zhǎng)時(shí)間不間斷留空作業(yè)，系留無(wú)人機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。系留無(wú)人機(jī)通過(guò)系留線纜將地面電源傳輸至無(wú)人機(jī)作為動(dòng)力源來(lái)保證無(wú)人機(jī)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。

系留無(wú)人機(jī)應(yīng)用

佰才邦作為通訊領(lǐng)域的優(yōu)秀企業(yè)，近幾年來(lái)在系留式多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)方面的發(fā)展取得了顯著成績(jī)。目前主打機(jī)型最大飛行高度為200米，最大負(fù)載能力15公斤，定點(diǎn)懸停時(shí)間在4-24小時(shí)，具有長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障連續(xù)飛行的能力。

系留無(wú)人機(jī)系統(tǒng)包括無(wú)人機(jī)、系留箱、機(jī)載電源、地面電源、系留線纜等子系統(tǒng)。在自然災(zāi)害造成的通訊中斷搶險(xiǎn)中，傳統(tǒng)應(yīng)急方案可能需要長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)的到位時(shí)間，但系留無(wú)人機(jī)從運(yùn)輸?shù)秸归_業(yè)務(wù)僅需20分鐘，超短的展開、回收時(shí)間使得系留無(wú)人機(jī)備受青睞。

系留無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域包括

• 應(yīng)急通訊：自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)通訊被中斷，地面公共網(wǎng)絡(luò)癱瘓，系留無(wú)人機(jī)攜帶移動(dòng)基站快速投入，確保通訊網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間工作；
• 科研院校：將特定設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間放置于空中進(jìn)行測(cè)試，系留無(wú)人機(jī)為科研院所的課題研究起到極大助推作用；
• 安保監(jiān)控：系留無(wú)人機(jī)攜帶各種類型的攝像頭在特定時(shí)間、特定地點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間空中視頻監(jiān)控；

系留無(wú)人機(jī)電源子系統(tǒng)

系留無(wú)人機(jī)電源結(jié)構(gòu)分布

系留無(wú)人機(jī)電源結(jié)構(gòu)細(xì)化分布發(fā)電機(jī)輸出的220V/380V交流電壓通過(guò)地面電源子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為400V高壓，400V高壓通過(guò)系留電纜傳輸至空中機(jī)載電源子系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中通過(guò)Vicor BCM電源模塊轉(zhuǎn)成至48V電壓為馬達(dá)系統(tǒng)供電。系統(tǒng)的運(yùn)行功率大致為5kW，但為了保證足夠的抗風(fēng)能力將設(shè)計(jì)指標(biāo)提升至7kW，系統(tǒng)中使用若干BCM電源模塊。

系留無(wú)人機(jī)對(duì)電源的需求

系留無(wú)人機(jī)在空中作業(yè)時(shí)機(jī)載電源子系統(tǒng)是端到端系統(tǒng)中的核心部件，為無(wú)人機(jī)電機(jī)以及機(jī)載負(fù)載設(shè)備工作提供動(dòng)力源，是保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間、不間斷、安全可靠飛行的基礎(chǔ)。如下是系統(tǒng)對(duì)機(jī)載電源的需求：

• 電源設(shè)備重量輕、體積小：機(jī)載電源自身重量的降低會(huì)提升系統(tǒng)的整體負(fù)載能力；
• 輸入、輸出電壓穩(wěn)定性高：保證系統(tǒng)在強(qiáng)風(fēng)、高海拔等多種條件下穩(wěn)定工作；
• 能量密度大、負(fù)載能力強(qiáng)：保證系統(tǒng)裕量設(shè)計(jì)時(shí)不增加器件數(shù)量；
• 效率高：發(fā)熱量少降低了散熱設(shè)備的重量，進(jìn)一步為提升系統(tǒng)整體負(fù)載能力做出貢獻(xiàn)；

產(chǎn)品特點(diǎn)

采用VIA封裝的Vicor BCM4414是一款高效率的母線轉(zhuǎn)換器，通過(guò)260V-410V DC高壓母線工作，可提供32.5V-51.3V DC的隔離式非穩(wěn)壓低壓。獨(dú)特的超薄模塊將 DC-DC 轉(zhuǎn)換、集成型濾波和 PMBus?指令及控制整合在底座或PCB安裝封裝中。BCM可提供低噪聲、快速瞬態(tài)響應(yīng)以及業(yè)界領(lǐng)先的效率和功率密度。低壓側(cè)參考的 PMBus 兼容型遙測(cè)控制接口可提供對(duì)BCM 配置、故障監(jiān)控以及其它遙測(cè)功能的訪問(wèn)。BCM模塊利用Vicor VIA封裝技術(shù)的散熱及密度優(yōu)勢(shì)，能夠使用上下兩面極低的熱阻抗提供高度靈活的散熱管理選項(xiàng)。與下游 Vicor DC-DC轉(zhuǎn)換組件及穩(wěn)壓器相結(jié)合時(shí)，BCM允許電源設(shè)計(jì)工程師采用簡(jiǎn)單、纖薄的設(shè)計(jì)，這將在不影響成本或性能指標(biāo)的情況下，為終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)差異化。

特性與優(yōu)勢(shì)

• 輸出35A的恒定電流；
• 1/8 的固定變壓比 （K）；
• 高達(dá)797W/in3的功率密度；
• 97.7%的峰值效率；
• 內(nèi)部集成EMI濾波器和浪涌保護(hù)電路；
• 支持?jǐn)?shù)千瓦陣列的并行工作；
• OV、OC、UV、短路和熱保護(hù)；
• 4414封裝，重量141g；
• 平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)；
• 散熱增強(qiáng)型VIA封裝；
• PMBus? 通訊功能；
• 熱插拔應(yīng)用

Vicor產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)

系留無(wú)人機(jī)應(yīng)用中，Vicor電源產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)如下：

• 功率密度大、體積小、重量輕；
• 轉(zhuǎn)換效率高，峰值效率高達(dá)98%，比市面上同類產(chǎn)品高出2～3個(gè)百分點(diǎn)；
• 散熱性能卓越，簡(jiǎn)化了散熱器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，降低了散熱器體積，降低了重量，散熱器體積是其他產(chǎn)品的1/10；
• 輸入端工作電壓高，機(jī)載前端在400V高電壓工作時(shí)系留線纜上產(chǎn)生的熱損降低，得益于此線纜設(shè)計(jì)得到優(yōu)化，負(fù)載重量進(jìn)一步減少；
• BCM模塊可以對(duì)電壓、電流、溫度等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)工作狀態(tài)的監(jiān)控，若監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)超過(guò)門限則提前預(yù)警，必要時(shí)觸發(fā)迫降程序進(jìn)行安全降落，避免對(duì)人員的傷害和設(shè)備損害，確保系統(tǒng)安全；
• BCM模塊可以對(duì)電壓、電流、溫度等工作門限進(jìn)行設(shè)置，其它子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也得到優(yōu)化；
• BCM模塊輸入端的集成式共模電感及防浪涌設(shè)計(jì)解決了系統(tǒng)的EMC問(wèn)題；

系統(tǒng)測(cè)試

相對(duì)于其它產(chǎn)品，系留無(wú)人機(jī)的測(cè)試更為嚴(yán)格、全面和復(fù)雜。佰才邦系留無(wú)人機(jī)的測(cè)試包括：

• 子系統(tǒng)測(cè)試：針對(duì)電源子系統(tǒng)進(jìn)行功能和性能方面的全面測(cè)試，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行來(lái)考察工作狀態(tài)是否正常，溫度狀態(tài)是否在設(shè)計(jì)范圍；
• 子系統(tǒng)和全系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室聯(lián)調(diào)測(cè)試：搭建實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境，將機(jī)載電源，地面電源，系留電纜，模擬負(fù)載等進(jìn)行聯(lián)調(diào)，測(cè)試端到端輸出情況，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、保護(hù)功能進(jìn)行全面評(píng)估；
• 外場(chǎng)測(cè)試：在不同負(fù)載，不同功率，不同高度，不同天氣工況，不同飛行時(shí)間等條件下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組合飛行，完整的考察系統(tǒng)的所有設(shè)計(jì)指標(biāo)性能。

雙向設(shè)計(jì)滿足需求

佰才邦在4G/5G小基站方面有較深積累，在無(wú)人機(jī)與通信基站的結(jié)合方面有大量研究和產(chǎn)品創(chuàng)新。系留無(wú)人機(jī)未來(lái)會(huì)支持更大的負(fù)載能力、更高的飛行高度，能力上限需要不斷提升，對(duì)電源模塊的要求更為嚴(yán)苛。Vicor在電源模塊領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先地位，雙方進(jìn)一步的合作，將為行業(yè)應(yīng)用和創(chuàng)新提供性能卓越的產(chǎn)品。

佰才邦在基站設(shè)計(jì)方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，對(duì)行業(yè)的深入理解和細(xì)節(jié)把控上都有自己獨(dú)到見(jiàn)解。比如，應(yīng)急移動(dòng)通信基站的施放、安裝、間距及抗干擾等都是系留無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)之初需要考慮的關(guān)鍵因素。同樣，也會(huì)根據(jù)系留無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)對(duì)應(yīng)急移動(dòng)通信基站進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化，這種雙向設(shè)計(jì)，讓系統(tǒng)更加適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景，發(fā)揮最大作用。

未來(lái)規(guī)劃

除了現(xiàn)有應(yīng)用領(lǐng)域外，佰才邦在系留無(wú)人機(jī)應(yīng)用方面也在積極探索，開拓未來(lái)可能進(jìn)入的新領(lǐng)域，比如環(huán)境監(jiān)控、空氣質(zhì)量采集、應(yīng)急照明服務(wù)等。在談到未來(lái)產(chǎn)品規(guī)劃時(shí)，佰才邦公司無(wú)人機(jī)產(chǎn)品總監(jiān)李明表示，很大程度上未來(lái)應(yīng)用的負(fù)載會(huì)更重、飛行高度會(huì)更高，能力上限需要不斷提升，對(duì)電源模塊的要求更為嚴(yán)苛。佰才邦認(rèn)為Vicor在電源模塊領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先地位，期望雙方進(jìn)一步緊密合作，為行業(yè)應(yīng)用和創(chuàng)新提供性能卓越的產(chǎn)品。