CN214506644U - 一种用于无人设备的三相供电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于无人设备的三相供电装置，输入端电压为三相交流电，其来自于小型发电机，三相供电源U、V、W经滤波电路、AC‑DC电路、DC‑DC1电路、DC‑DC2电路为电池充电，DC‑DC1的负载为舵机、摄像模块等设备，在三相供电源U、V、W掉电时，电池为电机供电，保证不间断供电，系统采用DSP数字方式控制，较为方便灵活。

Description

一种用于无人设备的三相供电装置

技术领域

本实用新型涉及供电系统领域，特别涉及一种用于无人设备的三相供电装置。

背景技术

在现有中小型无人机的使用中，本领域一般将三相交流电转换为直流电，直流电为舵机、通讯设备、电机、电池等供电，多种负载采用相同的供电方式，应用十分广泛，得到各行各业的使用。

现有技术中，电池作为备用电源，在三相输入电出现故障时，例如三相电永久掉电或短时掉电，电池可实现不间断为负载供电，在采用电池供电时，由于考虑到电池的重量、成本等因素，一般不会无限制的选择大容量、大重量的电池，其续航能力直接影响到故障情况下的可靠性，当故障情况下，运行一定时间，会出现电池亏电的情况，无人机的电源系统对故障情况下电池的稳定供电要求更高，否则会出现摔机、工作失灵等情况，给企业带来很大损失，尤其在地形复杂场合应用无人机时，摔机后寻找掉落的机器尤为困难。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型提供了一种用于无人设备的三相供电装置，可以实现在异常情况，可靠性更高的解决方案，技术方案如下：

无人机用电源装置，供电端为三相供电源U、V、W，其来自于小型发电机，三相供电源U、V、W经滤波电路、AC-DC电路、DC-DC1电路、DC-DC2电路为电池充电，DC-DC1电路为舵机、通讯设备、摄像等设备供电，在三相供电源U、V、 W掉电时，电池为电机供电，保证不间断供电，系统采用DSP数字方式控制，较为方便灵活。

其中，滤波电路由U、V、W经熔断器F1-F3、C1-C8和L1组合为π型滤波电路组成，C1-C8为安规电容，滤除三相电的噪声和杂波，RMY1-RMY3为压敏电阻，在滤波后三相电电压过高时起到保护作用。

AC-DC电路为三相整流桥，将三相电整流为直流电，输出V+电压，DC-DC1 电路由交错升压电路和半桥式谐振电路组成，其中三组交错升压电路由L2-L4、 D1-D4、Q1-Q3、C10-C11组成，其中Q1-Q3采用交错方式控制，最大占空比为 70％，交错控制为本领域的常用手段，有多种形式的交错控制方式，对此不进行限制，而采用三路交错升压是突破了传统的两路交错升压的功率限制壁垒，同时提高了功率，并减小了功率管的负担，D1的作用为其将V+电压直接导通，可减小三路交错升压电路的电流冲击，实现一定的缓启动作用，其具体连接方式为：V+与L2-L4第一端、D1第一端连接，L2第二端与D2第一端、Q1漏极连接， L3第二端与D3第一端、Q2漏极连接，L4第二端与D4第一端、Q3漏极连接， D1-D4第二端、C10-C11第一端互相连接，Q1-Q3源极、C10-C11第二端相互连接GND；

半桥式谐振电路由Q4-Q5、L5、C12-C14、C19、T1、D5-D6、D9、Q4、电池组成，其中Q4-Q5采用约50％占空比控制，两者驱动间留有死区，保证不直通，其中L5、C12、T1组成谐振腔电路，谐振腔频率为300Khz，D5-D6、C13-C14组成滤波电路，输出DC1+、DC1-，DC1+经D9为超级电容C19单向充电，其选用质量非常轻便，电容量相对较大的电容，由多个电容串并联组成，其而根据三相电掉电后无人机的续航需求决定，因C19的电压取决于DC1+，DC1+与电池浮充电压相近，由于电池的内阻、开关管Q4的导通阻抗、电容C19的寄生阻抗，因此该C19为电池充电时不必加限流电阻，减小电路的损耗，在三相电掉电后，由DSP控制Q4闭合，其它开关断开，C19为电池充电，电池为电机系统供电，电机系统控制无人机飞行，电池本身的电量加上C19的电量可保证无人机安全返航，其具体连接方式为Q4漏极与D1第二端连接，Q4源极与Q5漏极、变压器 T1原边的同名端连接，变压器T1原边的异名端与L5第一端连接，L5第二端与 C12第一端连接，C12第二端与GND连接，T1副边同名端与D5第一端连接，T1 副边中间抽头与C13-C14第一端、C19第一端、DC1-连接，T1副边异名端与D6 第一端连接，D5第二端与D6第二端、C13-C14第二端、D9第一端、DC1+连接， D9第二端与C19第二端、开关管Q4第一端连接，Q4第二端与电池正极连接。

DC-DC2电路，其为推挽结构电路，V1-V2采用互补导通模式，通过调节死区时间的长短，调节输出电压DC2+、DC2-，将DC1+、DC1-转化为电池的充电电压、电流，其连接方式为：C15第一端与DC1+、V1漏极、T2第一原边同名端连接，C15第二端与DC1-、V2源极、T2第二原边同名端连接，V1源极与隔直电容 C16第一端、T2第二原边同名端连接，V2漏极与C16第二端、T2第一原边异名端连接，T2副边同名端与D7第一端连接，D7第二端与D8第二端、L6第一端连接，T2副边中心抽头与C17-C18第一端、电池负端、DC2-连接，L6第二端与 C17-C18第二端、电池正端、DC2+连接。

控制电路检测到U、V、W电压下降至第一阈值时，闭合Q4，将C19上储存的能量为电池充电，在一定时间范围内，可保证电机系统仍继续工作，摄像模组等优先级低的负载随着三相电掉电而断电。该方式可保证优先级高的电机系统在异常情况下仍可工作一端时间，保证无人机可安全返航，同时该方式可解决U、V、W电压的短时掉电的异常情况，在U、V、W电压恢复正常时，供电系统均恢复正常工作。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.实现供电电压的多类型电压转换，为多种负载供电，且为电池充电；

b.三路交错升压电路实现软启动和降低开关管耐流能力，可靠性更高且升压倍数更高；

c.主电路采用半桥谐振电路，效率更高，减小电路损耗。

d.在变压器副边设置与二极管串联的大容量电容C19，可实现在异常情况下，补充优电池电量，先级更高的电机系统持续工作，可靠性更高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的三相供电系统的电路图；

图2是本实用新型实施例的滤波电路和AC-DC电路的电路图；

图3是本实用新型实施例的DC-DC1的电路图；

图4是本实用新型实施例的DC-DC2电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种用于无人设备的三相供电装置，如图1所示，为无人机供电系统的主电路图，无人机用电源装置，供电端为三相供电源U、V、W，其来自于小型发电机，三相供电源U、V、W经滤波电路、AC-DC 电路、DC-DC1电路、DC-DC2电路为电池充电，DC-DC1电路为舵机、通讯设备、摄像模组等设备供电，在三相供电源U、V、W掉电时，电池为电机供电，保证不间断供电，系统采用DSP数字方式控制，较为方便灵活。

其中，滤波电路由图2所示，U、V、W经熔断器F1-F3、C1-C8和L1组合为π型滤波电路，C1-C8为安规电容，滤除三相电的噪声和杂波，RMY1-RMY3为压敏电阻，在滤波后三相电电压过高时起到保护作用。

AC-DC电路为三相整流桥，将三相电整流为直流电，输出V+电压，DC-DC1 电路由交错升压电路和半桥式谐振电路组成，如图3所示，其中三组交错升压电路由L2-L4、D1-D4、Q1-Q3、C10-C11组成，其中Q1-Q3采用交错方式控制，最大占空比为70％，交错控制为本领域的常用手段，此处不进行详细描述，而采用三路交错升压是突破了传统的两路交错升压的功率限制壁垒，同时提高了功率，并减小了功率管的负担，D1的作用为其将V+电压直接导通，可减小三路交错升压电路的电流冲击，实现一定的缓启动作用，其具体连接方式为：V+与L2-L4 第一端、D1第一端连接，L2第二端与D2第一端、Q1漏极连接，L3第二端与D3 第一端、Q2漏极连接，L4第二端与D4第一端、Q3漏极连接，D1-D4第二端、 C10-C11第一端互相连接，Q1-Q3源极、C10-C11第二端相互连接GND；

半桥式谐振电路由Q4-Q5、L5、C12-C14、C19、T1、D5-D6、D9、Q4、电池组成，其中Q4-Q5采用约50％占空比控制，两者驱动间留有死区，保证不直通，其中L5、C12、T1组成谐振电路，谐振腔频率为300Khz，D5-D6、C13-C14组成滤波电路，输出DC1+、DC1-，DC1+经D9为超级电容C19单向充电，其选用质量非常轻便，电容量相对较大的电容，由多个电容串并联组成，其而根据三相电掉电后无人机的续航需求决定，因C19的电压取决于DC1+，DC1+与电池浮充电压相近，由于电池的内阻、开关管Q4的导通阻抗、电容C19的导通阻抗，因此该C19为电池充电时不必加限流电阻，减小电路的损耗，在三相电掉电后，由 DSP控制Q4闭合，C19为电池充电，电池为电机系统供电，电机系统控制无人机飞行，电池本身的电量加上C19的电量可保证无人机安全返航，其具体连接方式为Q4漏极与D1第二端连接，Q4源极与Q5漏极、变压器T1原边的同名端连接，变压器T1原边的异名端与L5第一端连接，L5第二端与C12第一端连接， C12第二端与GND连接，T1副边同名端与D5第一端连接，T1副边中间抽头与 C13-C14第一端、C19第一端、DC1-连接，T1副边异名端与D6第一端连接，D5 第二端与D6第二端、C13-C14第二端、D9第一端、DC1+连接，D9第二端与C19 第二端、开关管Q4第一端连接，Q4第二端与电池正极连接。

如图4所示，DC-DC2电路，其为推挽结构电路，V1-V2采用互补导通模式，通过调节死区时间的长短，调节输出电压DC2+、DC2-，将DC1+、DC1-转化为电池的充电电压、电流，其连接方式为：C15第一端与DC1+、V1漏极、T2第一原边同名端连接，C15第二端与DC1-、V2源极、T2第二原边同名端连接，V1源极与隔直电容C16第一端、T2第二原边同名端连接，V2漏极与C16第二端、T2第一原边异名端连接，T2副边同名端与D7第一端连接，D7第二端与D8第二端、L6第一端连接，T2副边中心抽头与C17-C18第一端、电池负端、DC2-连接，L6 第二端与C17-C18第二端、电池正端、DC2+连接。

控制电路检测到U、V、W电压下降至第一阈值时，闭合Q4，将C19上储存的能量为电池充电，在一定时间范围内，可保证电机系统仍继续工作，摄像模组等优先级更低的负载随着三相电掉电而断电。该方式可保证优先级高的电机系统在异常情况下仍可工作一端时间，保证无人机可安全返航，同时该方式可解决U、V、W电压的短时掉电，在U、V、W电压恢复正常时，供电系统均恢复正常工作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于无人设备的三相供电装置，其特征在于，三相供电源U、V、W经滤波电路、AC-DC电路、DC-DC1电路、DC-DC2电路为电池充电，DC-DC1电路由交错升压电路和半桥式谐振电路组成，交错升压电路为V+与L2-L4第一端、D1第一端连接，L2第二端与D2第一端、Q1漏极连接，L3第二端与D3第一端、Q2漏极连接，L4第二端与D4第一端、Q3漏极连接，D1-D4第二端、C10-C11第一端互相连接，Q1-Q3源极、C10-C11第二端相互连接GND；半桥式谐振电路具体连接方式为Q4漏极与D1第二端连接，Q4源极与Q5漏极、变压器T1原边的同名端连接，变压器T1原边的异名端与L5第一端连接，L5第二端与C12第一端连接，C12第二端与GND连接，T1副边同名端与D5第一端连接，T1副边中间抽头与C13-C14第一端、C19第一端、DC1-连接，T1副边异名端与D6第一端连接，D5第二端与D6第二端、C13-C14第二端、D9第一端、DC1+连接，D9第二端与C19第二端、开关管Q4第一端连接，Q4第二端与电池正极连接；DC-DC2电路连接方式为：C15第一端与DC1+、V1漏极、T2第一原边同名端连接，C15第二端与DC1-、V2源极、T2第二原边同名端连接，V1源极与隔直电容C16第一端、T2第二原边同名端连接，V2漏极与C16第二端、T2第一原边异名端连接，T2副边同名端与D7第一端连接，D7第二端与D8第二端、L6第一端连接，T2副边中心抽头与C17-C18第一端、电池负端、DC2-连接，L6第二端与C17-C18第二端、电池正端、DC2+连接。

2.如权利要求1所述的用于无人设备的三相供电装置，其特征在于，电容C19采用多个电容串并联组成。

3.如权利要求1所述的用于无人设备的三相供电装置，其特征在于，Q4采用MOSFET。

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