CN113346773A - 一种无人机机载电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无人机机载电源，包括三相电控开关、全控整流ACDC模块、主控器，外部三相电经三相电控开关接入全控整流ACDC模块，所述全控整流ACDC模块的输出端用于为外部无人机负载供电，所述主控器分别与三相电控开关、全控整流ACDC模块电连接；所述全控整流ACDC模块包含有三个输入电感L1、L2、L3，以及整流器，三相电分别经三个输入电感L1、L2、L3连接至整流器；所述全控整流ACDC模块还包含有BOOST电路，所述整流器的输出经BOOST电路升压后输出给外部无人机负载，所述输入电感的感值为5‑15uH，所述BOOST电路中电感的感值为95‑105uH。本发明的无人机机载电源重量轻且输出纹波小。

Description

一种无人机机载电源
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种无人机机载电源。
背景技术
无人机属于高精度控制设备，其机载电源若输出纹波较大，会影响无人机的飞行控制，但要做到纹波较小，则需在机载电源上额外增加去纹波电路，又会导致机载电源的重量增大，进而增大无人机的飞行负重。
发明内容
本发明旨在提供一种重量轻且输出纹波小的无人机机载电源。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
提供一种无人机机载电源，包括三相电控开关、全控整流ACDC模块、主控器，外部三相电经三相电控开关接入全控整流ACDC模块，所述全控整流ACDC模块的输出端用于为外部无人机负载供电，所述主控器分别与三相电控开关、全控整流ACDC模块电连接；所述全控整流ACDC模块包含有三个输入电感L1、L2、L3，以及整流器，三相电分别经三个输入电感L1、L2、L3连接至整流器；所述全控整流ACDC模块还包含有BOOST电路，所述整流器的输出经BOOST电路升压后输出给外部无人机负载，所述输入电感的感值为5-15uH，所述BOOST电路中电感的感值为95-105uH。
进一步的，所述全控整流ACDC模块中的开关管均采用IGBT管，主控器通过PFC交错整流技术控制各个IGBT管的开通。
进一步的，所述全控整流ACDC模块还包含有与主控器电连接的IGBT过流检测电路。
进一步的，所述IGBT过流检测电路包括电阻R1、电阻R2，稳压管D2、二极管D3，所述无人机机载电源内的15V电源经电阻R1、电阻R2接地，电阻R1、电阻R2之间的接点作为DESAT信号反馈端接入主控器，DESAT信号反馈端经稳压管D2、二极管D3连接至所述整流器中任一个下桥臂的IGBT的C极，其中稳压管D2、二极管D3的导通端均朝向该IGBT的C极，该IGBT的E极连接所述地。
进一步的，还包括电连接主控器的蓄电池系统，所述全控整流ACDC模块的输出端跨接蓄电池系统后才为外部无人机负载供电。
进一步的，还包括过流采集电路，其用于采集蓄电池系统与外部负载之间正母线上的过流信息给到主控器。
进一步的，所述过流采集电路包括有霍尔传感器、运放器U15A、运放器U15B，所述霍尔传感器位于蓄电池系统与外部负载之间正母线上以采集该段线路的电流信息，霍尔传感器的输出端分别连接至运放器U15A的反输入端、运放器U15B的正输入端，运放器U15A的正输入端、U15B的反输入端分别接入基准电压，运放器U15A、运放器U15B的输出端各自上拉后接入主控器。
进一步的，所述整流器的输出端并联有由电容C1组成的预充电回路。
进一步的，所述全控整流ACDC模块的输出端并联有滤波电容C3。
进一步的，还包括与主控器电连接的移动网络通讯模块来与外部上位机远程通讯。
本发明中，通过控制输入侧的各输入电感的感值为5-15uH，可减少机载电源的重量，搭配BOOST电路后，控制BOOST电路中电感的感值为95-105uH，在输出端加电感实现升压，同时可达到较高的输出纹波。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。在附图中：
图1示出了本发明的无人机机载电源的系统框图；
图2示出了本发明的全控整流ACDC模块的电路图；
图3示出了本发明的IGBT过流检测电路的电路图；
图4示出了本发明的过流采集电路的电路图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的无人机机载电源如图1所示，包括三相电控开关1、全控整流ACDC模块2、蓄电池系统3、移动网络通讯模块、主控器5。
三相电控开关1用于串联在无人机上发电机的三相输出端上，实现输入控制，在出现故障时，能完全退出回路，实施断电保护。
全控整流ACDC模块2自三相电控开关1取电，其输出端跨接蓄电池系统3后，用于为无人机负载4供电。
移动网络通讯模块用于与外部上位机6远程通讯。
主控器5分别电连接三相电控开关1、全控整流ACDC模块2、蓄电池系统3、移动网络通讯模块，用于管理各个模块，并实现控制管理及输出，同时将信息通过通讯传输给上位机6。
本发明中，电源输入为三相AC115V，由发电机提供。ACDC模块在无人机中一方面当充电机用，给由锂电池与BNS管理系统组成的蓄电池系统3充电，另一方面在无人机使用过程中能源提供使用。蓄电池系统3在无人机中一方面提供恒定的高精度稳压源，同时当负载4需求功率较大且ACDC模块不能满足功率需求时进行提供能量。
上述中，全控整流ACDC模块2的电路如图2所示，包含有三个输入电感L1、L2、L3，以及由开关管Q1-Q6组成的整流器、BOOST电路，其中三相电分别经三个输入电感L1、L2、L3连接至整流器，整流器的输出经BOOST电路升压后输出给无人机负载4。本发明中，通过控制输入侧的各输入电感的感值为5-15uH(优选为10uH)，可减少机载电源的重量(≦17kg)，然后搭配BOOST电路，并控制BOOST电路中电感的感值为95-105uH(优选为100uH)，在输出端加电感实现升压，同时可达到较高的输出纹波(≦320mVpp)。
为了提高工作效率，降低损耗，所述全控整流ACDC模块2中的开关管Q1-Q6均采用IGBT管。在此基础上，主控器5通过PFC交错整流技术控制各个IGBT管的开通，提高功率因素和进一步降低开关损耗。
由于采用IGBT管，电路还需设置IGBT过流检测电路进行整流器内部的过流检测。其中为进一步减少重量，简化结构，IGBT过流检测电路如图3所示，由电阻R1、电阻R2，稳压管D2、二极管D3、二极管D4组成，连接时，
无人机机载电源内的15V电源经电阻R1、电阻R2接地，电阻R1、电阻R2之间的接点作为DESAT信号反馈端接入主控器5，DESAT信号反馈端经稳压管D2、二极管D3、二极管D4连接至所述整流器中任一个下桥臂的IGBT的C极(如图2中的IGBT管Q4)，其中稳压管D2、二极管D3、二极管D4的导通端均朝向IGBT管Q4的C极，由于IGBT管Q4的E极与地连接，故其实际与电阻R2另一端接通。如此，可通过检测IGBT管Q4导通时的结压来判断其是否过流，具体为IGBT管Q4导通时，电流越大，则其CE极间的电压越高，使DESAT信号反馈端的电压发生变化，通过将DESAT信号反馈端上的电压与一个固定电压比较，即可判断是否过流，并在整流器过流时实施断电保护。
上述中，整流器过流检测仅依靠几个简单元器件实现，在增强电路保障能力的同时，并不多增机载电源的重量。
进一步的，机载电源还需在其输出侧进行过流检测，故需设置过流采集电路。所述过流采集电路用于采集蓄电池系统3与外部负载4之间正母线上的过流信息给到主控器5，方便主控器5在过流时实施相应保护措施。
见图4，所述过流采集电路包括有霍尔传感器、运放器U15A、运放器U15B，霍尔传感器位于蓄电池系统3与外部负载4之间正母线上以采集该段线路的电流信息，霍尔传感器的输出端分别连接至运放器U15A的反输入端、运放器U15B的正输入端，运放器U15A的正输入端、U15B的反输入端分别接入基准电压，运放器U15A、运放器U15B的输出端各自上拉后接入主控器5。工作时，通过将采集到的电流值(霍尔传感器检测到的值)作为I_CUR输入至正反两个运放器，当电流为正向I_CUR(充电)时，I_CUR是一个正值，当出现过流时，电流转换的模拟量大于正基准，输出OV_I为低电平；当电流为反向I_CUR(放电)时，I_CUR是一个负值，与负基准比较，出现过流时，OV_I’为低电平，如此主控器5通过检测OV_I/OV_I’的电平即可实现正反向过流识别，进而实施过流保护，识别电路简单，重量较轻。
进一步的，整流器的输出端并联有由电容C1组成的预充电回路，PWM可控整流工作之前，由预充电回路向电容充电。优选地，全控整流ACDC模块2的输出端并联滤波电容C3在输入蓄电池系统3前实施滤波，确保备用蓄电池纹波较小。
本发明的无人机机载电源，可实现输入AC115V，输出DC532V～650V,额定功率70kW，功率因素≧97％，重量≦17kg，纹波与噪声(20Hz-20MHz)≦320mVpp。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种无人机机载电源，
包括三相电控开关、全控整流ACDC模块、主控器，外部三相电经三相电控开关接入全控整流ACDC模块，所述全控整流ACDC模块的输出端用于为外部无人机负载供电，所述主控器分别与三相电控开关、全控整流ACDC模块电连接；
所述全控整流ACDC模块包含有三个输入电感L1、L2、L3，以及整流器，三相电分别经三个输入电感L1、L2、L3连接至整流器；
其特征在于：
所述全控整流ACDC模块还包含有BOOST电路，所述整流器的输出经BOOST电路升压后输出给外部无人机负载，所述输入电感的感值为5-15uH，所述BOOST电路中电感的感值为95-105uH。
2.如权利要求1所述的无人机机载电源，其特征在于：所述全控整流ACDC模块中的开关管均采用IGBT管，主控器通过PFC交错整流技术控制各个IGBT管的开通。
3.如权利要求2所述的无人机机载电源，其特征在于：所述全控整流ACDC模块还包含有与主控器电连接的IGBT过流检测电路。
4.如权利要求3所述的无人机机载电源，其特征在于：所述IGBT过流检测电路包括电阻R1、电阻R2，稳压管D2、二极管D3，所述无人机机载电源内的15V电源经电阻R1、电阻R2接地，电阻R1、电阻R2之间的接点作为DESAT信号反馈端接入主控器，DESAT信号反馈端经稳压管D2、二极管D3连接至所述整流器中任一个下桥臂的IGBT的C极，其中稳压管D2、二极管D3的导通端均朝向该IGBT的C极，该IGBT的E极连接所述地。
5.如权利要求1所述的无人机机载电源，其特征在于：还包括电连接主控器的蓄电池系统，所述全控整流ACDC模块的输出端跨接蓄电池系统后才为外部无人机负载供电。
6.如权利要求5所述的无人机机载电源，其特征在于：还包括过流采集电路，其用于采集蓄电池系统与外部负载之间正母线上的过流信息给到主控器。
7.如权利要求6所述的无人机机载电源，其特征在于：所述过流采集电路包括有霍尔传感器、运放器U15A、运放器U15B，所述霍尔传感器位于蓄电池系统与外部负载之间正母线上以采集该段线路的电流信息，霍尔传感器的输出端分别连接至运放器U15A的反输入端、运放器U15B的正输入端，运放器U15A的正输入端、U15B的反输入端分别接入基准电压，运放器U15A、运放器U15B的输出端各自上拉后接入主控器。
8.如权利要求1所述的无人机机载电源，其特征在于：所述整流器的输出端并联有由电容C1组成的预充电回路。
9.如权利要求8所述的无人机机载电源，其特征在于：所述全控整流ACDC模块的输出端并联有滤波电容C3。
10.如权利要求1所述的无人机机载电源，其特征在于：还包括与主控器电连接的移动网络通讯模块来与外部上位机远程通讯。
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