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为无人机的可靠运行构建冗余电源总线
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2022-11-28
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未来无人驾驶飞行器 (UAV)（也称为无人机）市场成功的关键标准是可靠性。我们希望他们携带包裹或对人口稠密地区进行监视。对于机载无人机来说，突然的、意外的断电是不可接受的，因为当它们掉到地上时，旁观者有受伤的风险。因此，冗余是设计架构的重要组成部分，尤其是对于动力传输子系统而言，因为它不仅在启用制导系统中而且在转子叶片本身中发挥作用。未来无人驾驶飞行器 (UAV)（也称为无人机）市场成功的关键标准是可靠性。我们希望他们携带包裹或对人口稠密地区进行监视。对于机载无人机来说，突然的、意外的断电是不可接受的，因为当它们掉到地上时，旁观者有受伤的风险。因此，冗余是设计架构的重要组成部分，尤其是对于动力传输子系统而言，因为它不仅在启用制导系统中而且在转子叶片本身中发挥作用。通过冗余提高可靠性的可能架构是使用两个或多个独立的电池组，每个电池组为一个单独的 DC/DC 转换器供电。如果一个电池或转换器出现故障，其他电池或转换器可以接管，尽管飞行时间会大大缩短。然而，这应该足以使无人机进行受控着陆。通过冗余提高可靠性的可能架构是使用两个或多个独立的电池组，每个电池组为一个单独的 DC/DC 转换器供电。如果一个电池或转换器出现故障，其他电池或转换器可以接管，尽管飞行时间会大大缩短。然而，这应该足以使无人机进行受控着陆。N+1 架构已被证明是一种在大型系统中作为提供容错的方式的具有成本效益的方法。在正常工作条件下，多个电源同时出现故障的可能性极低，因此在以均流模式运行的两个或三个阵列中添加一个额外的电源不会显着增加成本。在实践中，由于尺寸和重量问题，双冗余 1+1 架构很可能在无人机设计中受到青睐。N+1 架构已被证明是一种在大型系统中作为提供容错的方式的具有成本效益的方法。在正常工作条件下，多个电源同时出现故障的可能性极低，因此在以均流模式运行的两个或三个阵列中添加一个额外的电源不会显着增加成本。在实践中，由于尺寸和重量问题，双冗余 1+1 架构很可能在无人机设计中受到青睐。在双冗余架构中，选择合适的 DC/DC 转换器很重要，因为如果一侧出现故障，电流负载会发生变化。转换器通常会在较高负载下表现出效率的提高，并在接近满载时达到峰值。在正常情况下，每个 DC/DC 转换器将以低于 50% 的负载能力运行，这可能意味着效率下降。多相转换器架构可以帮助解决这个问题。在双冗余架构中，选择合适的 DC/DC 转换器很重要，因为如果一侧出现故障，电流负载会发生变化。转换器通常会在较高负载下表现出效率的提高，并在接近满载时达到峰值。在正常情况下，每个 DC/DC 转换器将以低于 50% 的负载能力运行，这可能意味着效率下降。多相转换器架构可以帮助解决这个问题。这种设计使用多个开关电路在满载时进行转换。随着负载需求的下降，不再使用的相位可以关闭，而那些保持活跃的相位则以接近峰值效率的方式运行。这种设计使用多个开关电路在满载时进行转换。随着负载需求的下降，不再使用的相位可以关闭，而那些保持活跃的相位则以接近峰值效率的方式运行。在使用多个转换器的电源电路中，仅将为负载供电的输出连接在一起是不够的。一个问题是两个转换器不会平均分流电流需求，这给负载调节带来了问题。如果电源掉线，可能会发生短路故障，导致整个系统失效。ORing 设备用于保护系统免受电源共享问题的影响。在使用多个转换器的电源电路中，仅将为负载供电的输出连接在一起是不够的。一个问题是两个转换器不会平均分流电流需求，这给负载调节带来了问题。如果电源掉线，可能会发生短路故障，导致整个系统失效。ORing 设备用于保护系统免受电源共享问题的影响。在最简单的形式中，ORing 器件是一个二极管。通过只允许电流沿一个方向流动，ORing 二极管将故障与冗余总线隔离开来，允许系统使用剩余的电源继续运行。就其性质而言，二极管会瞬间断开输入电源短路。然而，出于效率考虑，传统的二极管可能不是最合适的选择，尤其是在能源效率方面。在 ORing 应用中，二极管的大部分工作寿命都处于正向传导模式，由于二极管的固有电压降而耗散功率和热量。在最简单的形式中，ORing 器件是一个二极管。通过只允许电流沿一个方向流动，ORing 二极管将故障与冗余总线隔离开来，允许系统使用剩余的电源继续运行。就其性质而言，二极管会瞬间断开输入电源短路。
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