CN113488981A - 无人机配电系统双路供电短路保护电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无人机配电系统双路供电短路保护电路及方法，对用电设备采取双路供电；利用固态功率控制器以硬件方式实现短路保护动作，提高短路保护的时效性；利用隔离二极管并将其设置于靠近用电设备的供配电线路末端，提高短路保护的准确性；依据用电设备重要性和无人机工作状态制定短路保护策略，利用固态功率控制器实现供配电线路状态监测，固态功率控制器通过CAN总线接收配电系统查询指令并向配电系统上报供配电线路状态信息，固态功率控制器通过CAN总线接收配电系统控制指令并执行短路保护策略。

Description

无人机配电系统双路供电短路保护电路及方法
技术领域
本发明涉及无人机供配电设计领域，具体是一种无人机配电系统双路供电短路保护电路及方法。
背景技术
无人机因受重量、尺寸等技术指标的制约，其用电设备一般不进行冗余备份，一旦用电设备的供配电线路发生短路故障，目前的配电系统短路保护机制将直接切除该用电设备。而关键用电设备在无人机飞行状态下要求不间断供电，由于目前的短路保护机制不能满足其用电需求，因此目前配电系统对关键用电设备多不采取短路保护，易造成安全隐患。无人机配电系统的短路故障大多是由于装机操作不当、振动磨损等原因导致供配电线路损伤造成的，并且大多集中于视线盲区的供配电线路中，这一方面导致常规的机务检查很难通过目视方法发现并快速定位此类故障；另一方面对于不采取短路保护的关键用电设备供配电回路，一般的通电检测容易因短路故障的存在导致故障扩大。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种无人机配电系统双路供电短路保护电路及方法，提高短路保护的时效性、准确性；依据用电设备重要性和无人机工作状态制定短路保护策略，利用固态功率控制器实现供配电线路状态监测。
本发明提供了一种无人机配电系统双路供电短路保护电路，包括由正汇流条和两个固态功率控制器组成的配电系统，配电系统对用电设备采取双路供电，其中，正汇流条的输出端分别连接两个固态功率控制器的输入端，两个固态功率控制器的输出端分别通过一条供配电线路与用电设备相连，供配电线路与用电设备之间设置有隔离二极管，供配电线路的末端与隔离二极管的阳极相连，隔离二极管的阴极与用电设备的电源正端相连。
进一步改进，所述的两个固态功率控制器分别与CAN总线相连。
本发明还提供了一种无人机配电系统双路供电短路保护方法，包括以下步骤：
1）将影响无人机飞行安全的用电设备定义为关键用电设备，其他用电设备定义为非关键用电设备，将无人机工作状态分为飞行状态和非飞行状态；
2）非关键用电设备供配电回路的固态功率控制器的短路保护功能设置为正常状态；
4）无人机在非飞行状态下，关键用电设备供配电回路的固态功率控制器的短路保护功能设置为正常状态；
5）无人机在飞行状态下，当配电系统通过CAN总线监测到关键用电设备供配电回路的某一供电回路发生短路故障，立即通过CAN总线设置另一路供配电回路的固态功率控制器的短路保护功能处于屏蔽状态。
步骤4）所述的非飞行状态下保护方法具体如下，对于全部用电设备，当其某一供配电线路发生短路故障，由于隔离二极管的存在，配电系统通过固态功率控制器只对该故障供配电线路进行短路保护，而另一供配电线路不受影响；当两路供配电线路均发生短路故障，配电系统通过固态功率控制器对两路供配电线路均进行短路保护，以保障供配电系统和用电设备安全；同时，故障状态均通过固态功率控制器的CAN总线上报供配电系统，实现了故障快速定位、故障供配电线路精确切除，并避免故障扩大。
步骤5）所述的飞行状态下保护方法具体如下，对于非关键用电设备，保护方法与非飞行状态相同，对于关键用电设备，当其某一供配电线路发生短路故障，由于隔离二极管的存在，配电系统通过固态功率控制器只对该故障供配电线路进行短路保护，而另一供配电线路不受影响；同时故障供配电回路的固态功率控制器通过CAN总线向配电系统上报故障状态，配电系统立即通过CAN总线设置另一路供配电回路的固态功率控制器的短路保护功能处于屏蔽状态。
在无人机处于非飞行状态时，若未发生配电系统短路故障，则之后无人机处于飞行状态时，用电设备的两路供配电线路同时发生短路故障的概率极低，因此可以有效保障关键用电设备的不间断供电需求。
本发明有益效果在于：
1）提供了全面检测配电系统供配电线路短路故障的有效方法，并避免因短路故障造成的配电系统故障扩大；
2）能够甄别双路供配电线路的具体短路线路，准确切除故障线路，提高短路保护的准确性；
3）任一供配电线路发生短路故障，可以继续为用电设备供配电，保障各类用电设备的用电需求；
4）本发明原理清晰，电路实现简单、可靠，能够提高无人机配电系统的容错供配电能力。
附图说明
图1是本发明一种无人机配电系统短路保护方法的示意框图。
图2是本发明一种无人机配电系统短路保护方法的原理图。
1配电系统、2正汇流条、3第一固态功率控制器、4第二固态功率控制器、5第一供配电线路、6第二供配电线路、7第一隔离二极管、8第二隔离二极管、9用电设备、10CAN总线、11短路点、12短路回路、13供电回路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种无人机配电系统短路保护方法，配电系统1对用电设备9采取双路供电，配电系统1的正汇流条2连接两个固态功率控制器的输入端，第一固态功率控制器3的输出端连接第一供配电线路5，在靠近用电设备9的第一供配电线路5的末端连接第一隔离二极管7的阳极，第一隔离二极管7的阴极连接用电设备9的电源正端，第一固态功率控制器3还与CAN总线10连接。第二固态功率控制器4的输出端连接第二供配电线路6，在靠近用电设备9的第二供配电线路6的末端连接第二隔离二极管8的阳极，第二隔离二极管8的阴极连接用电设备9的电源正端，第二固态功率控制器4还与CAN总线10连接。
如图2所示，如果用电设备9为非关键用电设备，则其供配电回路的固态功率控制器的短路保护功能均为正常状态。当第一供配电线路5发生对地短路故障，出现短路点11，由于第一隔离二极管7的存在，将形成短路回路12，此时只有第一固态功率控制器3短路保护动作，配电系统1只切除第一供配电线路5，第一固态功率控制器3通过CAN总线10将短路故障信息上报配电系统1；第二供配电线路6发生对地短路故障，配电系统1的短路保护策略，同理；第一供配电线路5和第二供配电线路6同时发生对地短路故障，配电系统1的短路保护策略，同理。本发明所提供方法有效
如图2所示，如果用电设备9为关键用电设备，且无人机在非飞行状态下，则其配电系统短路保护策略和用电设备9为非关键用电设备的情况相同，本发明所提供方法有效。
如图2所示，如果用电设备9为关键用电设备，且无人机在飞行状态下，当第一供配电线路5发生对地短路故障，出现短路点11，由于第一隔离二极管7的存在，将形成短路回路12，此时只有第一固态功率控制器3短路保护动作，配电系统1只切除供第一配电线路5，第一固态功率控制器3通过CAN总线10将短路故障信息上报配电系统1，配电系统1通过CAN总线10设置另一路供配电回路的第二固态功率控制器4的短路保护功能处于屏蔽状态；当供配电线路6发生对地短路故障，同理。本发明所提供方法有效。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种无人机配电系统双路供电短路保护电路，其特征在于：包括由正汇流条和两个固态功率控制器组成的配电系统，配电系统对用电设备采取双路供电，其中，正汇流条的输出端分别连接两个固态功率控制器的输入端，两个固态功率控制器的输出端分别通过一条供配电线路与用电设备相连，供配电线路与用电设备之间设置有隔离二极管，供配电线路的末端与隔离二极管的阳极相连，隔离二极管的阴极与用电设备的电源正端相连。
2.根据权利要求1所述的无人机配电系统双路供电短路保护电路，其特征在于：所述的两个固态功率控制器分别与CAN总线相连。
3.一种无人机配电系统双路供电短路保护方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将影响无人机飞行安全的用电设备定义为关键用电设备，其他用电设备定义为非关键用电设备，将无人机工作状态分为飞行状态和非飞行状态；
2）非关键用电设备供配电回路的固态功率控制器的短路保护功能设置为正常状态；
4）无人机在非飞行状态下，关键用电设备供配电回路的固态功率控制器的短路保护功能设置为正常状态；
5）无人机在飞行状态下，当配电系统通过CAN总线监测到关键用电设备供配电回路的某一供电回路发生短路故障，立即通过CAN总线设置另一路供配电回路的固态功率控制器的短路保护功能处于屏蔽状态。
4.根据权利要求3所述的无人机配电系统双路供电短路保护方法，其特征在于：步骤4）所述的非飞行状态下保护方法具体如下，对于全部用电设备，当其某一供配电线路发生短路故障，由于隔离二极管的存在，配电系统通过固态功率控制器只对该故障供配电线路进行短路保护，而另一供配电线路不受影响；当两路供配电线路均发生短路故障，配电系统通过固态功率控制器对两路供配电线路均进行短路保护，以保障供配电系统和用电设备安全；同时，故障状态均通过固态功率控制器的CAN总线上报供配电系统，进行故障快速定位、故障供配电线路精确切除，避免故障扩大。
5.根据权利要求4所述的无人机配电系统双路供电短路保护方法，其特征在于：步骤5）所述的飞行状态下保护方法具体如下，对于非关键用电设备，保护方法与非飞行状态相同，对于关键用电设备，当其某一供配电线路发生短路故障，由于隔离二极管的存在，配电系统通过固态功率控制器只对该故障供配电线路进行短路保护，而另一供配电线路不受影响；同时故障供配电回路的固态功率控制器通过CAN总线向配电系统上报故障状态，配电系统立即通过CAN总线设置另一路供配电回路的固态功率控制器的短路保护功能处于屏蔽状态。
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