摘要：在設(shè)計(jì)針對無人機(jī)（UAV）的電源系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員所關(guān)心的參數(shù)是尺寸、重量、功率密度、功率重量比、效率、熱管理、靈活性和復(fù)雜性。體積小、重量輕、功率密度高（SWaP）可以讓無人機(jī)攜帶更多的有效載荷，飛行和續(xù)航時(shí)間更長，并完成更多的任務(wù)。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(shí)間和飛行時(shí)間，也使熱管理盡可能容易，因?yàn)榧词故歉俚墓β蕮p耗都會傳遞熱量。高度靈活性和低復(fù)雜性可以使電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加容易，并讓無人機(jī)設(shè)計(jì)人員專注于無人機(jī)設(shè)計(jì)的其他部分，而不是花太多時(shí)間在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì);它縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，并使設(shè)計(jì)變得不那么復(fù)雜。

　　1 無人機(jī)的種類

　　無人機(jī)可以從遠(yuǎn)程位置進(jìn)行控制，或基于預(yù)先配置來自動運(yùn)行。無人機(jī)有許多應(yīng)用，從取保候?qū)彛╮ecognizance）到消防，都可以由不同類別的無人機(jī)實(shí)現(xiàn)。

　　2 無人機(jī)的電源

　　根據(jù)子系統(tǒng)的負(fù)載要求，無人機(jī)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(yùn)行數(shù)天的無人機(jī)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(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)、柴油發(fā)電機(jī)等。

　　3 無人機(jī)的典型電源鏈

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

　　系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈路，其中每一個(gè)都需要一個(gè)3.3V、5V和12V等電壓范圍。因此，下游DC-DC轉(zhuǎn)換器或niPoL（非隔離式負(fù)載點(diǎn)）需要為負(fù)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(jī)的電源鏈進(jìn)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(jī)，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(jìn)行隔離，當(dāng)?shù)陀?0V的電壓與高電壓隔離開時(shí)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的每個(gè)級重復(fù)。

　　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(zhuǎn)換器模塊）和MIL-COTS PRM（前置穩(wěn)壓器模塊）轉(zhuǎn)換到負(fù)載用的一個(gè)經(jīng)隔離和穩(wěn)壓的電壓，如28V。

　　270V至28V電源鏈的應(yīng)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(lián)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(gè)隔離和非穩(wěn)壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊，可通過一個(gè)固定比、K系數(shù)為SELV輸出提供高輸入電壓。對于這個(gè)特定器件（MBCM270x450M270A00），K系數(shù)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(gè)為負(fù)載提供穩(wěn)壓的穩(wěn)壓和非隔離的DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊。由于PRM輸出電壓可以調(diào)整，針對GaAs發(fā)射器它可以調(diào)低至28V。

　　BCM是一個(gè)隔離和非穩(wěn)壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器。PRM是一個(gè)穩(wěn)壓和非隔離的DC-DC轉(zhuǎn)換器。

　　在上一段已經(jīng)提到，隔離和穩(wěn)壓并沒有由DC-DC轉(zhuǎn)換的每個(gè)級，或電源鏈中的具體DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行重復(fù)，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(zhuǎn)換的整體效率達(dá)到了93.12%。