CN220342222U - 一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，涉及电力电子技术领域，包括一级降压模块、二级降压模块和总电源开关模块；总电源开关模块的一端与总电源连接，总电源开关模块的另一端与一级降压模块连接；一级降压模块与二级降压模块连接，一级降压模块用于将总电源电压降低到第一电压，二级降压模块用于将第一电压降低到第二电压；总电源开关模块包括多个并联MOS管，本实用新型通过将原有电源开关替换为多个并联MOS管来控制总电源的通断，减小了电源开关的体积和重量，并在一级降压模块电源输出端设置二级降压模块，进行分级降压，可以同时输出多种电压，通过集成两级降压电路，进一步降低了电源系统的体积和重量。

Description

一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统。

背景技术

目前太阳能无人机还是一种新型产物，市场上还没有能够完全适配给太阳能无人机的电源系统，已上市的电源系统基本都是单级降压，且输出电压单一，无法同时提供多种电压需求，无法提供采集参数输出，电参数需要外部采集，这对电源工作时的实时参数采集并不友好。早期的太阳能无人机在别无选择的情况下，多会采取使用多个电源模块串并联搭配使用，来得到合适的输出电压。

以上的技术方案由于多个降压元器件，电压测试元器件，电流测试元器件等多种独立的元器件串并联工作，连接复杂且任何一个损坏都会引起整个系统无法正常工作，这会带来机载电源系统可靠性不高和参数采集困难的问题，这对整个太阳能无人机整系统是一个巨大的隐患。同时多个单独元器件进行系统集成体积巨大，导致大幅度占用机舱内空间，挤压机舱内其它航电设备的使用空间。为提高飞机可靠性，为飞机载荷预留更多空间等目的，需要根据需求，重新设计一款适合于太阳能无人机的电源模块，具备以上所说的所有元器件的功能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，可减小电源开关的体积和重量，并集成两级降压电路，对总电源进行分级降压，可以同时输出多种电压，降低电源系统的体积和重量。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，所述系统包括：

一级降压模块、二级降压模块和总电源开关模块；

所述总电源开关模块的一端与总电源连接，所述总电源开关模块的另一端与所述一级降压模块连接；

所述一级降压模块与所述二级降压模块连接，所述一级降压模块用于将总电源电压降低到第一电压，所述二级降压模块用于将所述第一电压降低到第二电压；

所述总电源开关模块包括多个并联MOS管。

可选的，所述一级降压模块具体包括：降压控制器、MOS管Q11、MOS管Q12、MOS管Q21和MOS管Q22；

所述降压控制器的第一控制输出端分别与所述MOS管Q11、所述MOS管Q12的控制端连接，所述降压控制器的第二控制输出端分别与所述MOS管Q21和所述MOS管Q22的控制端连接；所述降压控制器的电源输入端与总电源开关模块连接；

所述MOS管Q11和所述MOS管Q12的输入端均与总电源开关模块的正极输出端连接，所述MOS管Q11的输出端、所述MOS管Q12的输出端、所述MOS管Q21的输入端、所述MOS管Q22的输入端均与用于第一电压输出的端口连接，所述MOS管Q21和所述MOS管Q22的输出端均接地。

可选的，所述一级降压模块还包括：滤波电路；

所述滤波电路具体包括：电感L1、电容C16、电容C17和稳压二极管D12；

所述电感L1的一端与所述MOS管Q11的输出端、所述MOS管Q12的输出端、所述MOS管Q21的输入端、所述MOS管Q22的输入端连接；

所述电感L1的另一端、所述电容C16的一端、所述电容C17的一端、所述稳压二极管D12的阴极均与用于第一电压输出的端口连接；

所述电容C16的另一端、所述电容C17的另一端、所述稳压二极管D12的阳极均接地。

可选的，所述多个并联MOS管，具体包括：MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4；

所述MOS管Q1、所述MOS管Q2、所述MOS管Q3和所述MOS管Q4的型号为5C628L。

可选的，所述二级降压模块包括：降压稳压器、稳压二极管D6、电感L2、电容C23、电容C26、电容C27、电阻R21和电阻R22；

所述降压稳压器的第一输入端与所述一级降压模块的用于第一电压输出的端口连接；

所述降压稳压器的第一输出端与所述电容C23的一端连接，所述电容C23的另一端、所述降压稳压器的第二输入端、所述稳压二极管D6的阴极均与电感L2的一端连接；

所述电感L2的另一端、所述电容C26的一端、所述电容C27的一端、所述电阻R21的一端均与第二电压输出端连接；

所述降压稳压器的接地端、所述稳压二极管D6的阳极、所述电容C26的另一端、所述电容C27的另一端均接地；

所述电阻R21的另一端、所述R22的一端均与所述所述降压稳压器的第三输入端连接；

所述电阻R22的另一端接地。

可选的，所述降压稳压器的型号为TPS54560。

可选的，所述系统还包括：采集模块；

所述采集模块的采集端口与总电源连接，所述采集模块的供电端口与所述所述二级降压模块的第二电压输出端连接，所述采集模块用于采集总电源的输入电压值和输入电流值。

可选的，所述采集模块包括：电流检测放大器；所述电流检测放大器型号为INA169。

可选的，所述第一电压为7.4V，所述第二电压为5V。

可选的，所述降压控制器的型号为LM5116。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型通过将原有电源开关替换为多个并联MOS管来控制总电源的通断，减小了电源开关的体积和重量，并在一级降压模块电源输出端设置二级降压模块，进行分级降压，可以同时输出多种电压，通过集成两级降压电路，进一步降低了电源系统的体积和重量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统的总体结构图；

图2为本实用新型实施例提供的的一级降压模块电路图；

图3为本实用新型实施例提供的的二级降压模块电路图；

图4为本实用新型实施例提供的采集模块电路图；

图5为本实用新型实施例提供的总电源控制模块电路图；

图6为本实用新型实施例提供的指示灯电路图；

图7为本实用新型实施例提供的舵机供电和通讯接口电路图。

符号说明：

一级降压模块-1；二级降压模块-2；总电源开关模块-3；采集模块-4；降压控制器-11(型号为LM5116)；降压稳压器-21(型号为TPS54560)；电流检测放大器-41(型号为INA169)；电阻R21；电阻R22；电感L1；电感L2；电容C16；电容C17；电容C23；电容C26；电容C27；MOS管Q1；MOS管Q2；MOS管Q3；MOS管Q4；MOS管Q11；MOS管Q12；MOS管Q21；MOS管Q22；稳压二极管D6；稳压二极管D12。

具体实施方式

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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，本实用新型通过将原有电源开关替换为多个并联MOS管来控制总电源的通断，减小了电源开关的体积和重量，并在一级降压模块电源输出端设置二级降压模块，进行分级降压，可以同时输出多种电压，通过集成两级降压电路，进一步降低了电源系统的体积和重量。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型为一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，包括：

一级降压模块1、二级降压模块2和总电源开关模块3。

总电源开关模块3的一端与总电源连接，总电源开关模块3的另一端与一级降压模块1连接。

一级降压模块1与二级降压模块2连接，一级降压模块1用于将总电源电压降低到第一电压，二级降压模块2用于将第一电压降低到第二电压；优选地，第一电压为7.4V，第二电压为5V。

如图2所示，一级降压模块1具体包括：降压控制器11、MOS管Q11、MOS管Q12、MOS管Q21和MOS管Q22；降压控制器11的第一控制输出端分别与MOS管Q11、MOS管Q12的控制端连接，降压控制器11的第二控制输出端分别与MOS管Q21和MOS管Q22的控制端连接；降压控制器11的电源输入端与总电源开关模块3连接；MOS管Q11和MOS管Q12的输入端均与总电源开关模块3的正极输出端连接，MOS管Q11的输出端、MOS管Q12的输出端、MOS管Q21的输入端、MOS管Q22的输入端均与用于第一电压输出的端口连接，MOS管Q21和MOS管Q22的输出端均接地。MOS管Q11、MOS管Q12、MOS管Q21和MOS管Q22的型号为FDMS86150。

一级降压模块1还包括：滤波电路；滤波电路具体包括：电感L1、电容C16、电容C17和稳压二极管D12；电感L1的一端与所述MOS管Q11的输出端、所述MOS管Q12的输出端、所述MOS管Q21的输入端、所述MOS管Q22的输入端连接；电感L1的另一端、电容C16的一端、电容C17的一端、稳压二极管D12的阴极均与用于第一电压输出的端口连接；电容C16的另一端、电容C17的另一端、稳压二极管D12的阳极均接地。降压控制器11的型号为LM5116。一级降压模块1以LM5116作为主控芯片，输入端接到主电路(主电路是指从总电源电源输入，向输出电源输出的这一条电路)，经过变压输出7.4V，一路到接到舵机通讯和供电接口模块上。

如图3所示，二级降压模块2包括：降压稳压器21、稳压二极管D6、电感L2、电容C23、电容C26、电容C27、电阻R21和电阻R22；降压稳压器21的第一输入端与所述一级降压模块的用于第一电压输出的端口连接；降压稳压器21的第一输出端与电容C23的一端连接，电容C23的另一端、降压稳压器21的第二输入端、稳压二极管D6的阴极均与电感L2的一端连接；电感L2的另一端、电容C26的一端、电容C27的一端、电阻R21的一端均与第二电压输出端连接；降压稳压器21的接地端、稳压二极管D6的阳极、电容C26的另一端、电容C27的另一端均接地；电阻R21的另一端、电阻R22的一端均与降压稳压器21的第三输入端连接；电阻R22的另一端接地。降压稳压器21的型号为TPS54560。二级降压模块2是以TPS54560作为主控芯片，二级降压模块2将输入的7.4电压降压到5V，并输出到电压采样模块和第二电压供电接口上，第二电压供电接口可为飞机上其他控制系统供电。

总电源开关模块3包括多个并联MOS管，具体包括：MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4；所述MOS管Q1、所述MOS管Q2、所述MOS管Q3和所述MOS管Q4的型号为5C628L。总电源开关模块3通过排线连接的开关控制MOS管的通断来实现总电源的通断。

作为一种可选的实施方式，如图4所示，系统还包括：采集模块4；采集模块4的采集端口与总电源连接，采集模块4的供电端口与二级降压模块2的第二电压输出端连接，采集模块4用于采集总电源的输入电压值和输入电流值。采集模块4包括：电流检测放大器41；电流检测放大器41型号为INA169。采集单元采集的信号是电源系统中总电源的电压和电流信号，采集完成后，传输到飞控计算机读取。

在采集模块4中，包括电压采集单元和电流采集单元；电压采集单元是通过分压电阻进行电压采集的，两个电阻串联设置于主电路上，两个电阻中间通过导线与采样模块和第二电压供电接口连接，将实际电压值变为0-5V的模拟量电压值；电流采集单元由INA169芯片及外围电路组成，将实时电流转化为0-5V的模拟量电压信号，并通过电路板上导线连接在采样模块和第二电压供电接口上输出。可选的，采集单元也采集其他电路上的电流和电压值。

电源系统工作时的输入端电压电流各降压后输出端的电压电流均可采集，并通过0-5V模拟量的形式输出。

系统还包括储能电池，储能电池输入端与总电源连接，输出端与一级降压模块1的电源输入端连接。

如图5-图7，系统还包括指示灯显示电路和舵机供电和通讯接口模块，舵机供电和通讯接口模块型号为J30J-21。

太阳能无人机的电源系统的特点是单一电压输入且输入电压值可以有较大幅度波动，输出端需要多种不同的电压输出，并且需要采集电源系统的实时相关参数，且要求电源系统在满足上述要求的同时还要满足体积小、重量轻、稳定性高等要求。本实用新型通过将原有电源开关替换为多个并联MOS管来控制总电源的通断，减小了电源开关的体积和重量，并在一级降压模块电源输出端设置二级降压模块，进行分级降压，可以同时输出多种电压，通过集成两级降压电路，进一步降低了电源系统的体积和重量。本实用新型的两级降压方式和并联MOS管的主电路通断控制方式改进提高了系统的集成度，减小了电源系统的体积和重量，提高了系统稳定性。

本实用新型中的一体化多级降压结构的实现过程，包括但不限于两级降压的方法，包括但不限于上述输入端和输出端的电压，具体降压层级和电压值可根据具体项目和需求来定。本实用新型中使用的具体芯片型号只要起到相同的效果均可替换。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，其特征在于，所述系统包括：

一级降压模块、二级降压模块和总电源开关模块；

所述总电源开关模块的一端与总电源连接，所述总电源开关模块的另一端与所述一级降压模块连接；

所述一级降压模块与所述二级降压模块连接，所述一级降压模块用于将总电源电压降低到第一电压，所述二级降压模块用于将所述第一电压降低到第二电压；

所述总电源开关模块包括多个并联MOS管。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能无人机电源的分级降压系统，其特征在于，所述一级降压模块具体包括：降压控制器、MOS管Q11、MOS管Q12、MOS管Q21和MOS管Q22；

所述降压控制器的第一控制输出端分别与所述MOS管Q11、所述MOS管Q12的控制端连接，所述降压控制器的第二控制输出端分别与所述MOS管Q21和所述MOS管Q22的控制端连接；所述降压控制器的电源输入端与总电源开关模块连接；

所述MOS管Q11和所述MOS管Q12的输入端均与总电源开关模块的正极输出端连接，所述MOS管Q11的输出端、所述MOS管Q12的输出端、所述MOS管Q21的输入端、所述MOS管Q22的输入端均与用于第一电压输出的端口连接，所述MOS管Q21和所述MOS管Q22的输出端均接地。

3.根据权利要求2所述的一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，其特征在于，所述一级降压模块还包括：滤波电路；

所述滤波电路具体包括：电感L1、电容C16、电容C17和稳压二极管D12；

所述电感L1的一端与所述MOS管Q11的输出端、所述MOS管Q12的输出端、所述MOS管Q21的输入端、所述MOS管Q22的输入端连接；

所述电感L1的另一端、所述电容C16的一端、所述电容C17的一端、所述稳压二极管D12的阴极均与用于第一电压输出的端口连接；

所述电容C16的另一端、所述电容C17的另一端、所述稳压二极管D12的阳极均接地。

4.根据权利要求1所述的一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，其特征在于，所述多个并联MOS管，具体包括：MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4；

所述MOS管Q1、所述MOS管Q2、所述MOS管Q3和所述MOS管Q4的型号为5C628L。

5.根据权利要求1所述的一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，其特征在于，所述二级降压模块包括：降压稳压器、稳压二极管D6、电感L2、电容C23、电容C26、电容C27、电阻R21和电阻R22；

所述降压稳压器的第一输入端与所述一级降压模块的用于第一电压输出的端口连接；

所述降压稳压器的第一输出端与所述电容C23的一端连接，所述电容C23的另一端、所述降压稳压器的第二输入端、所述稳压二极管D6的阴极均与电感L2的一端连接；

所述电感L2的另一端、所述电容C26的一端、所述电容C27的一端、所述电阻R21的一端均与第二电压输出端连接；

所述降压稳压器的接地端、所述稳压二极管D6的阳极、所述电容C26的另一端、所述电容C27的另一端均接地；

所述电阻R21的另一端、所述R22的一端均与所述降压稳压器的第三输入端连接；

所述电阻R22的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，其特征在于，所述降压稳压器的型号为TPS54560。

7.根据权利要求1所述的一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，其特征在于，所述系统还包括：采集模块；

所述采集模块的采集端口与总电源连接，所述采集模块的供电端口与所述二级降压模块的第二电压输出端连接，所述采集模块用于采集总电源的输入电压值和输入电流值。

8.根据权利要求7所述的一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，其特征在于，所述采集模块包括：电流检测放大器；所述电流检测放大器型号为INA169。

9.根据权利要求1所述的一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，其特征在于，所述第一电压为7.4V，所述第二电压为5V。

10.根据权利要求2所述的一种基于太阳能无人机电源的分级降压系统，其特征在于，所述降压控制器的型号为LM5116。