摘要：
在规划针对无人机（UAV）的电源体系时，规划人员所关怀的参数是尺度（S）、分量（W）、功率密度（P）、功率分量比、功率、热办理、灵活性和杂乱性。
体积小、分量轻、功率密度高（SWaP）能够让无人机带着更多的有效载荷，飞翔和续航时刻更长，并完结更多的使命。
更高的功率能够尽可能运用动力功率，最大极限地进步续航时刻和飞翔时刻，也使热办理尽可能简单，因为即使是更少的功率损耗都会传递热量。
高度灵活性和低杂乱功能够使电源体系规划愈加简单，并让无人机规划人员专心于无人机规划的其他部分，而不是花太多时刻在电源体系规划；它缩短了规划时刻，并使规划变得不那么杂乱。
为了运用以上说到的优势，Vicor模块电源解决方案能够用最全面产品组合的高功率、高密度、配电架构，为功能要害的无人机运用供给完好的电源解决方案。
无人机的品种：
无人机能够从长途方位进行操控，或依据预先装备来主动运转。无人机有许多运用，从取保候审（recognizance）到消防，都能够由不同类别的无人机完结。
无人机的电源：
依据子体系的负载要求，无人机有几种可供挑选的电源。
锂离子电池是一种常用的电源，因为体积小和本钱较低，是100瓦和运转数天的无人机的抱负挑选。
为了有更高的能量密度和功率密度，还能够挑选其他代替电源，包含太阳能电池体系、燃气轮机、柴油发电机等。
无人机的典型电源链：
图1（UAV电源链）
在典型无人机电源链中，有一个依据涡轮的发电机供给3相ac电源，经过整流器转化为270V dc，然后经过阻隔式DC-DC转化器转化为48V dc或28V dc。
体系和数据链路，其间每一个都需求一个3.3V、5V和12V等的电压规模。因而，下流DC-DC转化器或niPoL（非阻隔式负载点）需求为负载供给28V或48V dc母线所需的电压。
为了完结高功率，高电压DC母线（270V、48V或28V）沿着无人机的电源链进行优先配电。由配电引起的功率损耗依据I2R（R为线电阻），因为较高的电压能够最大极限地下降损耗，然后下降了电流；尤其是大型无人机，还有很长的配电长度。
在安全方面，在高电压DC母线（270V）和低电压DC母线之间需求进行阻隔，当低于60V的电压与高电压阻隔开时，就契合了SELV（安全特低电压）要求。
依据图1所示的电源链，有两级DC-DC转化，因为稳压鄙人一级完结，其间榜首级需求阻隔和非稳压的DC-DC转化器，而因为阻隔在上游完结，第二级需求稳压和非阻隔的DC-DC转化器。为了取得更高功率和更低本钱的解决方案，阻隔和稳压没有在DC-DC转化器的每个级重复。
270V至28V DC-DC转化：
图2
除了整流器，还有非阻隔和非稳压的270V dc，经过MIL-COTS BCM（母线转化器模块）和MIL-COTS PRM（前置稳压器模块）转化到负载用的一个经阻隔和稳压的电压，如28V。
GaAs发射器：
270V至28V电源链的运用之一是GaAs发射器，如图3所示。
图3（GaAs发射器电源链）
有效载荷、GaAs发射器都需求超越200瓦的功率。为了满意电力需求，需求将BCM模块和PRM模块并联至电源阵列，以进步输出功率。下面一段谈谈怎么并联具有均流才能的BCM和PRM。
BCM和PRM模块能够装备超越1千瓦的电源阵列。
表1扼要说明晰BCM和PRM的规范，以便能够协助了解它们在270V至28V转化的电源链中扮演了什么人物。
BCM模块是一个阻隔和非稳压的DC-DC转化器模块，可经过一个固定比、K系数为SELV输出供给高输入电压。关于这个特定器材（MBCM270x450M270A00），K系数为1/6，因而输出电压一直为输入电压的1/6，270V输入有45V输出。
PRM模块是一个为负载供给稳压的稳压和非阻隔的DC-DC转化器模块。因为PRM输出电压能够调整，针对GaAs发射器它能够调低至28V。
图4（GaAs发射器解决方案的功率）
BCM是一个阻隔和非稳压的DC-DC转化器。
PRM是一个稳压和非阻隔的DC-DC转化器。
在上一段现已说到，阻隔和稳压并没有由DC-DC转化的每个级，或电源链中的详细DC-DC转化器进行重复，为的是取得更高的功率。
因而，经过运用BCM和PRM模块，270V至28V DC-DC转化的全体功率到达了93.12%。
并联BCM和PRM的技能：
图5a（并联BCM）
图5b（并联BCM）
在并联BCM模块的一同，经过阻抗匹配而不是并联信号完结均流，很简单衔接每个BCM模块的输入和输出，如图5a和5b所示。并联BCM应考虑以下几点。
1. 经过对称布局完结输入和输出互连阻抗匹配，如图5b所示。
2） 均匀冷却使详细BCM模块温度互相挨近。
3） 每个BCM模块的启用/禁用信号（PC引脚）都需求在同一时刻衔接来发动每个模块。
图6（并联PRM）
为了并联PRM模块（图6），需求运用并联信号（PR引脚）来完结各个模块的均流，一同，详细模块的启用/禁用信号（PC引脚）需求衔接来一同发动一切模块。如图6所示，一个PRM模块可设置为一个电源阵列中的“主”，以驱动其他担任反应和稳压的“从”PRM模块。
正弦振幅转化器（Sine Amplitude ConverterTM ，SACTM）拓扑结构：
母线转化器模块（BCM）选用SAC拓扑结构，然后完结了杰出的功率和功率密度。
图7（SACTM 转化器）
SAC拓扑结构是BCM模块核心中的一个动态、高功能引擎。
SAC是依据变压器的串联谐振拓扑结构，它在等于初级侧储能电路谐振谐振频率的固定频率下作业。初级侧的开关FET被锁定在初级的天然谐振频率，在零穿插点来开关，然后消除了开关中的功耗，进步了功率并大大削减了高阶噪声谐波的发生。初级的谐振回路是纯正弦波（图7所示），然后可下降谐波含量，供给了更洁净的输出噪声频谱。因为SAC的高作业频率，可运用较小的变压器来进步功率密度和功率。
ZVS升压-降压拓扑结构：
PRM（前置稳压器模块）选用一个专利升压-降压稳压器操控架构，以供给高功率升压/降压稳压。
图8（ZVS升压-降压）
PRM在固定开关频率下作业，通常在1 MHz（最大1.5 MHz），它还具有进步输出功率的并联才能。ZVS升压-降压开关次序是相同的，不管它是降压仍是升压。
ZVS升压-降压拓扑结构有四个级。
– Q1和Q4导通为变压器贮存能量，然后是ZVS过渡的Q3导通
– Q1和Q3导通为从输入到输出供给途径，然后是ZVS过渡的Q2导通
– Q2和Q3对续流级导通，然后是ZVS过渡的Q4导通
– 在箝位阶段Q2和Q4导通，然后是ZVS过渡的Q1导通
完结4级之后，便是一个循环。
28V / 270V输入源到多路输出DC-DC转化：
图9（270V / 28V到多路输出）
因为有效载荷，如航空、数据链路、雷达、飞翔操控体系都需求一个15V、12V、5V、3.3V的电压规模，需求下流DC-DC转化器或niPoL供给所需电压作为有效载荷的多路输出。
除了整流器，还有非稳压和非阻隔的270Vdc，这个MIL-COTS DCM DC-DC转化器和Picor ZVS降压稳压器可供给经阻隔和稳压的多路输出。
在榜首级，MDCM DC-DC将一个非稳压输入（28V或270V）转化为一个经阻隔和稳压的28V，然后经过下流非阻隔式ZVS稳压器转化为多路输出。
在后一级，Coop Power ZVS降压稳压器将28V转化为负载所需的电压。
表2扼要说明晰DCM和Picor ZVS降压稳压器的规范，所以，它能够协助了解它们在270V / 28V的电源链作业时对多路输出转化的效果。
表2
图10（多路输出解决方案的功率）
DCM是一个阻隔和稳压的DC-DC转化器。
ZVS降压稳压器是一个稳压和非阻隔的DC-DC转化器。
在上一段现已说到，为了有更高的功率，不会重复阻隔和稳压。
尽管稳压是由DCM和ZVS降压稳压器重复进行的，因为ZVS降压稳压器的高功率，从高电压到所需电压的全体功率能够到达高于90%。
ChiP——转化器级封装：
图11（ChiP等效电路热模型）
DCM DC-DC转化器经过突破性封装技能——转化器级封装（ChiP）技能进行封装。
为了完结更高的功率功率、密度和规划灵活性，需求功率元件封装技能的继续改善，因而，ChiP的推出优化了电气和热功能。
ChiP产品的规划在PCB双面都有功率元件，可削减因为寄生的损耗，经过整个封装均匀彻底地散热，并运用了顶部和底部外表散热。
ChiP产品封装在热增强型模压化合物中，下降了温差，为便于运用热办理配件，供给了平坦的模块顶部和底部外表，如散热器、冷板、热管等。
ZVS降压拓扑结构：
如图11所示，除了一个衔接在输出电感器两头的附加箝位开关，ZVS降压拓扑结构与传统降压转化器相同。添加的箝位开关答应将能量存储在输出电感器中，用来完结零电压开关。
图12（ZVS降压拓扑结构）
图12显现了ZVS降压拓扑结构的时序图，它主要由三个状况组成，如下所示。
– Q1导通阶段
o 假定Q1在谐振过渡后的近零电压敞开。当D-S电压简直为零时，Q1在零电流敞开。MOSFET和输出电感器中的电流斜升，按时到达由Q1决议的峰值电流。在Q1导通阶段，能量存储在输出中，并为输出电容器充电。在Q1导通阶段，Q1中的功耗是由MOSFET导通电阻决议的；开关损耗能够忽略不计。
– Q2导通阶段
o Q1敏捷封闭，接着是一个很短时刻的体二极管导通，这添加了能够忽略不计的功耗。接下来，Q2敞开，存储在输出电感器中的能量被传送到负载和输出电容器。当电感器电流到达零时，同步MOSFET坚持满意长的时刻，在输出电感器中存储一些来自输出电容器的能量。电感器电流为负值。
– 箝位阶段
- 一旦操控器已确认有满意的能量存储在电感器中，同步MOSFET封闭，箝位开关敞开，箝位Vs节点至输出电压。箝位开关阻隔输出电感器电流与输出，一同以简直无损的方法用电流来循环存储的能量。在箝位阶段，由输出电容器供给的输出在该阶段继续很短时刻。
- 当箝位阶段结束时，箝位开关被翻开。输出电感器中贮存的能量与Q1和Q2输出电容发生谐振，导致Vs节点对输入电压振铃。
- 这个振铃对Q1的输出电容放电，削减了Q1的米勒电荷，并为Q2的输出%&&&&&%充电。当Vs节点简直等于输入电压时，这答应以无损方法方法敞开Q1。
图13（ZVS降压时序图）
无人机的军用规范
在一些无人机运用中，需求满意MIL-STD-461 MIL-STD-704/1275等军用规范，别离代表EMI和瞬态。
Vicor还供给滤波模块，以及兼容Vicor DC-DC转化器来满意规范要求。
表3显现了Vicor滤波模块选项，它能够契合特定军用规范，一同兼容一同运用的Vicor DC-DC模块。
表3
无人机数据链的电源解决方案：
图13（无人机数据链解决方案）
关于无人机数据链解决方案，Picor滤波模块（MPQI-18）和DC-DC模块（Cool-Power PI31xx）可用来供给针对12V和15V的50W（一共100W），以契合MIL-STD-461E EMI要求。
MQPI-18是一个选用LGA封装（25×25×4.5mm，2.4G）的滤波模块，用来满意MIL-STD-461E的EMI要求。
MIL级Cool-Power DC-DC转化器选用PSiP（22×16.5×6.7mm，7.8g）封装，用来为所需电压供给宽规模输入（16-50V）。
选用Picor滤波模块和DC-DC转化器模块的解决方案能够兼容MIL-STD461E，而不是大尺度的被迫元件，可完结无人机数据链及其他设备的高密度电源解决方案。
定论：
运用Vicor模块化电源解决方案，能够使无人机电源体系规划具有体积小、分量轻和高密度的特色，带着更多有效载荷和履行更多使命。
一同，Vicor将供给立异、高功能和杰出质量的电源元件/解决方案，为客户供给竞赛优势。
