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為無(wú)人機(jī)的可靠運(yùn)行構(gòu)建冗余電源總線

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

資料介紹

未來(lái)無(wú)人駕駛飛行器 (UAV)（也稱為無(wú)人機(jī)）市場(chǎng)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(duì)于機(jī)載無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，突然的、意外的斷電是不可接受的，因?yàn)楫?dāng)它們掉到地上時(shí)，旁觀者有受傷的風(fēng)險(xiǎn)。因此，冗余是設(shè)計(jì)架構(gòu)的重要組成部分，尤其是對(duì)于動(dòng)力傳輸子系統(tǒng)而言，因?yàn)樗粌H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(lái)無(wú)人駕駛飛行器 (UAV)（也稱為無(wú)人機(jī)）市場(chǎng)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(duì)于機(jī)載無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，突然的、意外的斷電是不可接受的，因?yàn)楫?dāng)它們掉到地上時(shí)，旁觀者有受傷的風(fēng)險(xiǎn)。因此，冗余是設(shè)計(jì)架構(gòu)的重要組成部分，尤其是對(duì)于動(dòng)力傳輸子系統(tǒng)而言，因?yàn)樗粌H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(guò)冗余提高可靠性的可能架構(gòu)是使用兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的電池組，每個(gè)電池組為一個(gè)單獨(dú)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器供電。如果一個(gè)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(shí)間會(huì)大大縮短。然而，這應(yīng)該足以使無(wú)人機(jī)進(jìn)行受控著陸。通過(guò)冗余提高可靠性的可能架構(gòu)是使用兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的電池組，每個(gè)電池組為一個(gè)單獨(dú)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器供電。如果一個(gè)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(shí)間會(huì)大大縮短。然而，這應(yīng)該足以使無(wú)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(cuò)的方式的具有成本效益的方法。在正常工作條件下，多個(gè)電源同時(shí)出現(xiàn)故障的可能性極低，因此在以均流模式運(yùn)行的兩個(gè)或三個(gè)陣列中添加一個(gè)額外的電源不會(huì)顯著增加成本。在實(shí)踐中，由于尺寸和重量問(wèn)題，雙冗余 1+1 架構(gòu)很可能在無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)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(cuò)的方式的具有成本效益的方法。在正常工作條件下，多個(gè)電源同時(shí)出現(xiàn)故障的可能性極低，因此在以均流模式運(yùn)行的兩個(gè)或三個(gè)陣列中添加一個(gè)額外的電源不會(huì)顯著增加成本。在實(shí)踐中，由于尺寸和重量問(wèn)題，雙冗余 1+1 架構(gòu)很可能在無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)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?yàn)槿绻粋?cè)出現(xiàn)故障，電流負(fù)載會(huì)發(fā)生變化。轉(zhuǎn)換器通常會(huì)在較高負(fù)載下表現(xiàn)出效率的提高，并在接近滿載時(shí)達(dá)到峰值。在正常情況下，每個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器將以低于 50% 的負(fù)載能力運(yùn)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(gè)問(wèn)題。在雙冗余架構(gòu)中，選擇合適的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器很重要，因?yàn)槿绻粋?cè)出現(xiàn)故障，電流負(fù)載會(huì)發(fā)生變化。轉(zhuǎn)換器通常會(huì)在較高負(fù)載下表現(xiàn)出效率的提高，并在接近滿載時(shí)達(dá)到峰值。在正常情況下，每個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器將以低于 50% 的負(fù)載能力運(yùn)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(gè)問(wèn)題。這種設(shè)計(jì)使用多個(gè)開關(guān)電路在滿載時(shí)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(yùn)行。這種設(shè)計(jì)使用多個(gè)開關(guān)電路在滿載時(shí)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(yùn)行。在使用多個(gè)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(gè)問(wèn)題是兩個(gè)轉(zhuǎn)換器不會(huì)平均分流電流需求，這給負(fù)載調(diào)節(jié)帶來(lái)了問(wèn)題。如果電源掉線，可能會(huì)發(fā)生短路故障，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效。ORing 設(shè)備用于保護(hù)系統(tǒng)免受電源共享問(wèn)題的影響。在使用多個(gè)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(gè)問(wèn)題是兩個(gè)轉(zhuǎn)換器不會(huì)平均分流電流需求，這給負(fù)載調(diào)節(jié)帶來(lái)了問(wèn)題。如果電源掉線，可能會(huì)發(fā)生短路故障，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效。ORing 設(shè)備用于保護(hù)系統(tǒng)免受電源共享問(wèn)題的影響。在最簡(jiǎn)單的形式中，ORing 器件是一個(gè)二極管。通過(guò)只允許電流沿一個(gè)方向流動(dòng)，ORing 二極管將故障與冗余總線隔離開來(lái)，允許系統(tǒng)使用剩余的電源繼續(xù)運(yùn)行。就其性質(zhì)而言，二極管會(huì)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(jiǎn)單的形式中，ORing 器件是一個(gè)二極管。通過(guò)只允許電流沿一個(gè)方向流動(dòng)，ORing 二極管將故障與冗余總線隔離開來(lái)，允許系統(tǒng)使用剩余的電源繼續(xù)運(yùn)行。就其性質(zhì)而言，二極管會(huì)瞬間斷開輸入電源短路。