CN210111682U - 一种无人机供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机供电系统，涉及无人机领域，能够在无人机执行飞行任务时由充电电池供电，待机时由辅助直流电源供电。本实用新型包括：可充电电池、辅助直流电源、可充电电池驱动模块、电压检测和控制电路。电压检测和控制电路采集可充电电池和辅助直流电源的电压值，电压检测和控制电路包含电压比较器，电压比较器设定任意低于辅助直流电源标准输出电压的值作为设定电压，当辅助直流48V或者28V供电电源输出电压高于设定电压时，辅助直流电源驱动模块控制辅助直流电源供电；当辅助直流电源输出电压低于参考电压时，可充电电池驱动模块控制可充电电池给负载供电。本实用新型适用于无人机自动循环执行数据采集等任务。

Description

一种无人机供电系统

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机供电系统。

背景技术

大功率无人机执行飞行任务时要求可充电电池供电，同时又要求在电池使用完规定的能量后可以及时充电，循环往复地执行飞行任务。主供电电源是大容量可充电电池，辅助电源是48V或者28V直流电源等。

通常待机时是由辅助电源48V或者28V直流电源给无人机充电，同时产生一个辅助的12V直流电源给飞控等其它用电设备供电。大容量电池与这个12V直流电源通过电子开关电路给电机等用电设备供电。起飞之后只有大容量电池给无人机系统供电。

为了满足上述设计需要，本发明提供了一种无人机供电系统，能根据工作状态切换供电电源。

发明内容

本发明提供尤其涉及一种电池充电电路及电池热插拔控制电路，能够在无人机执行飞行任务时由充电电池供电，待机时由辅助直流电源供电。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无人机供电系统，包括：可充电电池、辅助直流电源、可充电电池驱动模块、辅助直流电源驱动模块、电压检测和控制电路、充电电路。

充电电路、可充电电池、可充电电池驱动模块、负载，依次连接；辅助直流电源产生一个12V直流电源，辅助直流电源、12V直流电源、辅助直流电源驱动模块、负载，依次连接。

辅助直流电源、辅助直流电源驱动模块、可充电电池、可充电电池驱动模块、12V直流电源均电压检测和控制电路。电压检测和控制电路设置参考电压，并采集可充电电池和辅助直流电源的电压值，当可充电电池输出电压高于参考电压时，可充电电池驱动模块控制可充电电池供电；当可充电电池输出电压低于参考电压时，辅助电源驱动模块控制12V直流电源给负载供电。

进一步的，电压检测和控制电路包括：检测电路、参考电压调节电路、电压比较器、若干电子开关。检测电路分别检测可充电电池的输出电压和辅助直流电源的输出电压，并传送至电压比较器；参考电压调节电路设置参考电压，并传送至电压比较器。电压比较器的输出端连接电子开关的输入端，电子开关的输出端分别连接可充电电池驱动模块、辅助电源驱动模块中的信号控制端，信号控制端的状态决定负载由可充电电池或辅助直流电源供电。

进一步的，电压比较器和电子开关之间还设置时基芯片555，其作用相当于触发器或者电子开关。

进一步的，可充电电池前端设置电池热插拔控制电路，电池热插拔控制电路包括控制芯片、电子开关、外围电阻和电容，充电电路连接控制芯片的输入端和信号控制端，以及电子开关中MOS管的源极，MOS管的漏极连接控制芯片的输出端。

进一步的，可充电电池驱动模块包括驱动芯片和若干MOS管，驱动芯片的输入端连接可充电电池，若干MOS管同向并联，分别组成正向电子开关和负向电子开关。正向电子开关中MOS管的漏极和可充电电池连接，电流从漏极流向源极，漏极连接负向电子开关中MOS管的源极，负向电子开关中MOS管的漏极连接驱动芯片的输出端。

进一步的，12V直流电源和辅助直流电源驱动模块之间还设置防倒灌隔离电路，防倒灌隔离电路包括控制芯片及MOSFET。

进一步的，当通过电流小于2A，防倒灌隔离电路简化为一个二极管，正极连接12V直流电源，负极连接辅助直流电源驱动模块。

本发明的有益效果是：

本发明设置了低于可充电电池标准输出电压的电压值作为参考电压，可充电电池输出电压高于参考电压时，可充电电池驱动模块控制可充电电池供电；当可充电电池输出电压低于参考电压时，辅助电源驱动模块控制12V直流电源给负载供电，实现了无人机执行飞行任务时由充电电池供电，待机时由辅助直流电源供电的供电需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的原理框图；

图2是电压检测及控制电路的电路图；

图3是充电电路的电路图；

图4是电池热插拔控制电路的电路图；

图5是可充电电池驱动模块的电路图；

图6是12V直流电源的电路图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例提供一种双直流电源供电系统，如图1所示，包括：可充电电池、辅助直流电源、辅助直流48V或者28V供电电源、可充电电池驱动模块、辅助12V直流电源、防倒灌二极管、电压检测和控制电路、充电电路、电池热插拔控制电路。

充电电路、电池热插拔控制电路、可充电电池、可充电电池驱动模块、负载依次连接；辅助直流48V或者28V供电电源、12V辅助直流电源、防倒灌二极管、负载依次连接。

电压检测及控制电路连接可充电电池、辅助直流48V或者28V供电电源电源、可充电电池驱动模块、防倒灌二极管。

其中，电压检测和控制电路设置参考电压，并采集可充电电池和辅助直流电源的电压值，当可充电电池输出电压高于参考电压时，可充电电池驱动模块控制可充电电池供电；当可充电电池输出电压低于参考电压时，辅助电源驱动模块控制12V直流电源给负载供电。

电压检测及控制电路如图2所示：包括双电压比较器，A路比较器电压检测电路、B路比较器电压检测电路、A路基准电压设置电路、B路基准电压设置电路、时基芯片。双电压比较器采用193芯片、时基芯片采用555时基芯片。

A路比较器电压+INA针脚检测电路由R1A、R1C、R2A、AGND依次连接组成，R1A电流流入端的电压为48V或者28V电源（图上是电源48V或者28V）电压，R1C和R2A之间连接双电压比较器的+INA针脚。

B路比较器电压检测电路由R2C、R2D、R2B、AGND依次连接组成，R2C电流流入端的电压为可充电电池（图上是电池）电压，R2D和R2B之间连接双电压比较器的+INB针脚,B路比较器电压-INA针脚检测电路由D1A/D1B、R4B、VD2、AGND依次连接组成。

A路基准电压设置电路由R3A、稳压二极管VD1的正极、AGND依次连接组成。R3A电流流入端的电压为电池。R3A和VD1之间连接-INA针脚。

B路基准电压设置电路由二极管D1A/DIB的负极、R4B、稳压二极管VD2的正极、AGND依次连接组成。D1A正极的电压为(图上电源48V或者28V网络）。D1B正极的电压为(图上电池网络）。R4B和VD2之间连接-INB针脚。

R4B的电流流入端通过二极管D1A/D1B连接，D1B的正极连接电源48V或者28V电压，D1A的正极连接可充电电池电压，提供双供电。

U1的VCC针脚连接供电电压VDD，VDD和VCC针脚之间连接滤波电容CH1。U1采集到主电源电压和电池电压后进行比较，+INA和-INA的比较结果由OUTA输出，+INB和-INB的比较结果由OUTB输出。

OUTA连接时基芯片的DIS和TR针脚。OUTB、R5B、R5A和TH针脚依次连接。R5B和R5A及MR针脚都连接到VDD。R5A和R5B是上拉电阻。

DIS针脚、RA1、AGND依次连接；VC针脚、CA1、AGND依次连接。

时基芯片U2的Vo管脚连接RA2，RA2连接RA5，RA5接地。RA2和RA5之间连接RA3，RA3和MOS管QA的G极连接，S极接地，D极通过RA4连接+INA。

RA3、RA4、QA组成电子开关，当OUTA输出低电平时，U2的3脚Vo输出高电平时，QA将导通，+INA进一步降低，将远远低于-INA，即使这时28电源电压出现震荡，只要最大电压不超过某一设定值，OUTA将锁死在低电平。起到防震荡的作用。OUTA、RB2、QB的G极依次连接，QB的S极接地，D极通过RB3连接SHDN1信号。

RB2、RB3、QB组成电子开关，当OUTA输出低电平时，QB截止，SHDN输出高电平，此时打开电池供电回路的电子开关。

OUTB、RC1、QC的G极依次连接，QC的S极接地，D极通过RC2连接U2A3。

RC1、RC2、QC组成电子开关，当OUTB输出高电平时，QC导通，U23A将翻转为低电平，QA截止，对QA的状态解锁。+INA将远远高于-INA。

充电电路如图3所示，输入保护电路由RA1/CA1/DD1组成，RA1/CA1先联串再与DD1并联，图上Vin端是辅助直流48V或者28V电源电压，在这里是充电电源输入端，RA1的一端和DD1的负极连接到输入端Vin端，RA1的另一端与CA1的一端连接，CA1的另一端与DD1的正极正连接到GND。

C1和R1A并联组成输入滤波电路，LC1和R1A一端连接到Vin端，同时连接到充电控制芯片U1的DCIN脚，LC1和R1A的另一端连接到AGND。

LED1和RL组成输入电路指示，LED1的正极连接到Vin端，LED1的正极连接到RL的一端，RL的另一端连接到充电控制芯片U1的CHRG脚，MOSFET管Q1的D端连接到输入端Vin端，MOSFET管Q1的G端连接到充电控制芯片U1的INFET脚，MOSFET管Q1的G端连接到充电控制芯片U1的CLP脚，CLP连接的器件有三个，R3是输入过流检测电阻，R3一端连接到充电控制芯片U1的CLP脚，R3另一端连接到Q2D网络端，C4A一端连接到充电控制芯片U1的CLP脚，C4A另一端连接到AGND,C4一端连接到充电控制芯片U1的CLP脚，C4另一端连接到充电控制芯片U1的CLN脚，C4B一端连接到充电控制芯片U1的CLN脚，C4B另一端连接到AGND,R4一端连接到充电控制芯片U1的CLN脚，R4,另一端连接到Q2D网络端。

R4一端连接到充电控制芯片U1的SHND脚，R4另一端连接到Vin。

R5P一端连接到充电控制芯片U1的GND脚，R5P另一端连接到Vcc。

R8P一端连接到充电控制芯片U1的ICL脚，R8P另一端连接到Vcc5V。

R1和C2串联组成补偿网络，R1的一端连接到充电控制芯片U1的ITH脚,C2的另一端连接到AGND。

R2和R2A串联再与C3并联组成补偿网络，R2/C3一端连接到充电控制芯片U1的PROG脚,R2/C3的另一端连接到AGND。

C21是三端稳压器的输入电容，C21一端连接到U2的输入端，同时连接到Vin，C21另一端连接到AGND。

C22是三端稳压器的输出电容，C22一端连接到U2的输出端，同时连接到Vcc，C22另一端连接到AGND。

R7A/R7/R8/R8B组成输出电压反馈电路,R7A/R7/C7A组成补偿电路,R7A/R7先串联再与C7A并联,R7A/C7A的一端连接到充电控制芯片U1的FBDIV脚,R7A/C7A的另一端连接到充电控制芯片U1的VFB脚,同时R7/R8的一端也连接到充电控制芯片U1的VFB脚,R8B的另一端连接到AGND。

R20一端连接到充电控制芯片U1的BOOST脚,R20的另一端连接到BOOST网络。BOOST网络连接三个器件，分别是肖特基二极管D3的负极，电容C5/C5B的一端，肖特基二极管D3的正极连接到充电控制芯片U1的INTVDD脚。电容C5/C5B的另一端连接到充电控制芯片U1的SW脚。同时连接到这个SW网络的器件还有MOSFET管Q2的S极，MOSFET管Q3的D极，肖特基二极管D2的负极，电感L1的一端，MOSFET管Q2的D极连接到Q2D网络，MOSFET管Q3的S极和肖特基二极管D2的正极一起连接到GND网络。

R19一端连接到充电控制芯片U1的TGATE脚,R19的另一端连接到MOSFET管Q2的G极。

R16一端连接到充电控制芯片U1的BOOST脚,R16的另一端连接到MOSFET管Q2的G极。

C6一端连接到充电控制芯片U1的INTVDD脚,C6的另一端连接到AGND。

R5一端连接到充电控制芯片U1的CSP脚,R5的另一端连接到CSP网络。CSP网络连接有个4器件，分别是电感L1的另一端/精密采样电阻R10/电容C9/C9A的一端。电容C9A的另一端连接到AGND网络。电容C9B的另一端连接到AGND网络。

R6一端连接到充电控制芯片U1的CSN脚,R6的另一端连接到CSN网络。CSN网络连接有个11器件，分别是充电控制芯片U1的CSN脚,及电容E5/E6/C10/C10A/E3/E4/DD2/R9的一端/精密采样电阻R10/电容C9的另一端。

电容E5/E6/C10/C10A/E3/E4/DD2的另一端连接到GND网络。

电容E1/E2一端连接到Q2D网络。电容E1/E2的另一端连接到GND网络。

电池热插拔控制电路如图4所示：包括控制芯片U6和MOSFETQ6。BATB网络连接U6的SHDN/IN/SOURCE引脚，还连接Q6的S极及稳压DQ6的正极，Q6的D极连接控制芯片U6的OUT管脚，同时连接C61的一端，电流从S极流向D极。C61的一端连接到AGND网络。U6的VSS管脚连接RD6和DR6的正极，DR6的负极和RD6的另一端连接到AGND。DQ61的负极连接Q6的栅极G极。

DR6保证R41A两端的电压可靠地锁死在0.7V以下，提高芯片U43A的可靠性。

可充电电池驱动模块如图5所示：

电池作为输入端，F31的一端连接到BATB网络，另一端与VD31的负极连接，VD31的正极与VD32正极连接，VD32负极连接到GND。MOSFETQ31A与Q31B并联之后再与R33并联，R33一端连接到Q31A/Q31B的D极，同时连接到BATB网络，R33另一端连接到Q31A/Q31B的S极，同时与控制芯片U31A的SOURCE脚/稳压二极管VD34/VD35/VD36/VD37的正极连接，稳压二极管VD34/VD35/VD36/VD37的负极连接控制芯片U31A的GATE脚，同时与Q31A/Q31B的控制极G极连接起来，控制芯片U31A的IN脚也连接到BATB网络。控制芯片U31A的VSS脚也连接到R31的一端，并与VDR31的正极连接，同时与C31的一端连接。R31的另一端与VDR31的负极连接，并与AGND连接。控制芯片U31A的OUT脚也连接到C31的另一端，并与Q32A/Q32B的D极连接起来，Vin合成为负载的输入端口。

驱动芯片U31A的IN针脚连接可充电电池，SHDN高于0.6V时，控制电子开关打开。

MOS管Q31A和Q31B并联，组成正向电子开关；MOS管Q32A和Q32B并联，组成负向电子开关。

Q31A和Q31B的D极和可充电电池连接，电流从D极流向S极，Q31A和Q31B的S极连接Q32A和Q32B的S极，Q32A和Q32B的D极连接U31A的OUT针脚，Q32A和Q32B的电流从S极流向D极。

F31、VD31、D32组成U31A的输入保护电路； RS、VD33用于提高U31A的可靠性； C31是缓启动电容；R31是公共端电阻， VDR31保证R31A两端电压可靠地锁死在0.7V以下，提高芯片U31A的可靠性。

辅助12V直流电源如图6所示：辅助直流48V或者28V电源输入控制芯片U41，U41输出12V直流电压。

VD41正极接辅助直流48V或者28V电源，VD41负极接C41/C42,C41/C42另一端接AGND,VD41负极接R41,R42接R41,R42另一端接AGND,VD41负极接U41的2脚，R42接R41，并与U41的3脚连接，

C45的一端与U41的8脚连接，同时与L41的一端及VD42的负极连接，L41的另一端连接R45/C46/C47/VD43,VD42的正极连接AGND,R45的另一端接R46,同时与U41的3脚连接，R46的另一端接AGND,C46/C47的另一端接AGND,VD43的另一端接Vin合,即负载输入端。

R44的一端与U41的6脚连接,同时与C44连接，C44的另一端接AGND,R44的另一端接C43,C43的另一端接AGND。

VD41、C41、C42组成U41的输入电路; R41、R42组成U41的逻辑控制电路;R43是U41的频率设定电阻; R44、C43、C44组成U41的外置补偿电路; C45是泵电容； VD42是肖特基二极管； L41是功率电感；R45、R46是取样电阻；C46、C47是输出电容滤波；VD43是快恢复二极管，防止电池的电子开关接通之后电池电压对12V直流电源倒灌。

本发明的有益效果是：

本发明设置了低于可充电电池标准输出电压的电压值作为参考电压，可充电电池输出电压高于参考电压时，可充电电池驱动模块控制可充电电池供电；当可充电电池输出电压低于参考电压时，辅助电源驱动模块控制12V直流电源给负载供电，实现了无人机执行飞行任务时由充电电池供电，待机时由辅助直流电源供电的供电需求；

避免了辅助直流电源向可充电电池倒灌的情况，有效地防止可充电电池抖动对负载造成的影响，提高系统的可靠性；

时基电路实现具有迟滞功能的电压检测及控制电路，比采用专业的具有迟滞功能的电压检测电路成本低很多，而且迟滞电压可以任意设定，灵活性很大，可靠性很高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种无人机供电系统，其特征在于，包括：可充电电池、辅助直流电源、可充电电池驱动模块、辅助直流电源驱动模块、电压检测和控制电路、充电电路；

充电电路、可充电电池、可充电电池驱动模块、负载，依次连接；

辅助直流电源产生一个12V直流电源，辅助直流电源、12V直流电源、辅助直流电源驱动模块、负载，依次连接；

辅助直流电源、辅助直流电源驱动模块、可充电电池、可充电电池驱动模块、12V直流电源均连接电压检测和控制电路；

电压检测和控制电路设置参考电压，并采集可充电电池和辅助直流电源的电压值，当可充电电池输出电压高于参考电压时，可充电电池驱动模块控制可充电电池供电；当可充电电池输出电压低于参考电压时，辅助电源驱动模块控制12V直流电源给负载供电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压检测和控制电路包括：检测电路、参考电压调节电路、电压比较器、若干电子开关，

检测电路分别检测所述可充电电池的输出电压和所述辅助直流电源的输出电压，并传送至电压比较器；

参考电压调节电路设置所述参考电压，并传送至所述电压比较器；

电压比较器的输出端连接电子开关的输入端，电子开关的输出端分别连接所述可充电电池驱动模块、辅助电源驱动模块中的信号控制端，信号控制端的状态决定负载由所述可充电电池或所述辅助直流电源供电。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电压比较器和所述电子开关之间还设置时基芯片555。

4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述可充电电池前端设置电池热插拔控制电路，电池热插拔控制电路包括控制芯片、电子开关、外围电阻和电容，所述充电电路连接控制芯片的输入端和信号控制端，以及电子开关中MOS管的源极，MOS管的漏极连接控制芯片的输出端。

5.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述可充电电池驱动模块包括驱动芯片和若干MOS管，驱动芯片的输入端连接所述可充电电池，若干MOS管同向并联，分别组成正向电子开关和负向电子开关，

正向电子开关中MOS管的漏极和所述可充电电池连接，电流从漏极流向源极，漏极连接负向电子开关中MOS管的源极，负向电子开关中MOS管的漏极连接驱动芯片的输出端。

6.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述12V直流电源和所述辅助直流电源驱动模块之间还设置防倒灌隔离电路，防倒灌隔离电路包括控制芯片及MOSFET。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，当通过电流小于2A，所述防倒灌隔离电路简化为一个二极管，正极连接所述12V直流电源，负极连接所述辅助直流电源驱动模块。

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