电感线圈中加入磁心可电感的提高 电感线圈是由漆包线或电磁线绕制而成。绕组的圈数多少、绕组用的漆包线的粗细、以及绕组的样子等都由电路的需要以及对线圈Q值的需求等因素而定。线圈中加入磁心，可以增加电感量，可以提高电感线圈的Q值，也可以
摘要： 在设计针对无人机（UAV）的电源系统时，设计人员所关心的参数是尺寸（S）、重量（W）、功率密度（P）、功率重量比、效率、热管理、灵活性和复杂性。
体积小、重量轻、功率密度高（SWaP）可以让无人机携带更多的有效载荷，飞行和续航时间更长，并完成更多的任务。
更高的效率可以尽可能利用能源效率，最大限度地提高续航时间和飞行时间，也使热管理尽可能容易，因为即使是更少的功率损耗都会传递热量。
高度灵活性和低复杂性可以使电源系统设计更加容易，并让无人机设计人员专注于无人机设计的其他部分，而不是花太多时间在电源系统设计；它缩短了设计时间，并使设计变得不那么复杂。
为了利用以上提到的优势，Vicor 模块电源解决方案可以用最全面产品组合的高效率、高密度、配电架构，为性能关键的无人机应用提供完整的电源解决方案。
无人机的种类： 无人机可以从远程位置进行控制，或基于预先配置来自动运行。
无人机有许多应用，从取保候审（recognizance）到消防，都可以由不同类别的无人机实现。
无人机的电源： 根据子系统的负载要求，无人机有几种可供选择的电源。
锂离子电池是一种常用的电源，由于体积小和成本较低，是 100 瓦和运行数天的无人机的理想选择。
为了有更高的能量密度和功率密度，还可以选择其他替代电源，包括太阳能电池系统、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，有一个基于涡轮的发电机提供 3 相 ac 电源，通过整流器转换为 270V dc，然后通过隔离式 DC-DC 转换器转换为 48V dc 或 28V dc。
系统和数据链路，其中每一个都需要一个 3.3V、5V 和 12V 等的电压范围。
因此，下游 DC-DC 转换器或 niPoL（非隔离式负载点）需要为负载提供 28V 或 48V dc 母线所需的电压。
为了实现高效率，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基于 I2R（R 为线电阻），由于较高的电压可以最大限度地降低损耗，从而降低了电流；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 母线之间需要进行隔离，当低于 60V 的电压与高电压隔离开时，就符合了 SELV（安全特低电压）要求。
基于图 1 所示的电源链，有两级 DC-DC 转换，由于稳压在下一级完成，其中第一级需要隔离和非稳压的 DC-DC 转换器，而由于隔离在上游完成，第二级需要稳压和非隔离的 DC-DC 转换器。
为了获得更高效率和更低成本的解决方案，隔离和稳压没有在 DC-DC 转换器的每个级重复。
270V 至 28V DC-DC 转换：
图 2
除了整流器，还有非隔离和非稳压的 270V dc，通过 MIL-COTS BCM（母线转换器模块）和 MIL-COTS PRM（前置稳压器模块）转换到负载用的一个经隔离和稳压的电压，如 28V。
GaAs 发射器： 270V 至 28V 电源链的应用之一是 GaAs 发射器，如图 3 所示。
图 3（GaAs 发射器电源链）
有效载荷、GaAs 发射器都需要超过 200 瓦的功率。
为了满足电力需求，需要将 BCM 模块和 PRM 模块并联至电源阵列，以提高输出功率。
下面一段谈谈如何并联具有均流能力的 BCM 和 PRM。
BCM 和 PRM 模块可以配置超过 1 千瓦的电源阵列。
表 1 简要说明了 BCM 和 PRM 的规格，以便可以帮助了解它们在 270V 至 28V 转换的电源链中扮演了什么角色。
BCM 模块是一个隔离和非稳压的 DC-DC 转换器模块，可通过一个固定比、K 系数为 SELV 输出提供高输入电压。
对于这个特定器件（MBCM270x450M270A00），K 系数为 1/6，因此输出电压始终为输入电压的 1/6，270V 输入有 45V 输出。
PRM 模块是一个为负载提供稳压的稳压和非隔离的 DC-DC 转换器模块。
由于 PRM 输出电压可以调整，针对 GaAs 发射器它可以调低至 28V。
图 4（GaAs 发射器解决方案的效率）
BCM 是一个隔离和非稳压的 DC-DC 转换器。
PRM 是一个稳压和非隔离的 DC-DC 转换器。
在上一段已经提到，隔离和稳压并没有由 DC-DC 转换的每个级，或电源链中的具体 DC-DC 转换器进行重复，为的是获得更高的效率。
因此，通过使用 BCM 和 PRM 模块，270V 至 28V DC-DC 转换的整体效率达到了 93.12%。
并联 BCM 和 PRM 的技术：
图 5a（并联 BCM）
图 5b（并联 BCM）
在并联 BCM 模块的同时，通过阻抗匹配而不是并联信号实现均流，很容易连接每个 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. 通过对称布局完成输入和输出互连阻抗匹配，如图 5b 所示。
2） 均匀冷却使具体 BCM 模块温度彼此接近。
3） 每个 BCM 模块的启用 / 禁用信号（PC 引脚）都需要在同一时间连接来启动每个模块。
图 6（并联 PRM）
为了并联 PRM 模块（图 6），需要使用并联信号（PR 引脚）来实现各个模块的均流，同时，具体模块的启用 / 禁用信号（PC 引脚）需要连接来同时启动所有模块。
如图 6 所示，一个 PRM 模块可设置为一个电源阵列中的“主”，以驱动其他负责反馈和稳压的“从”PRM 模块。
正弦振幅转换器（Sine Amplitude ConverterTM ，SACTM）拓扑结构： 母线转换器模块（BCM）采用 SAC 拓扑结构，从而实现了卓越的效率和功率密度。
图 7（SACTM 转换器）
SAC 拓扑结构是 BCM 模块核心中的一个动态、高性能引擎。
SAC 是基于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工作。
初级侧的开关 FET 被锁定在初级的自然谐振频率，在零交叉点来开关，从而消除了开关中的功耗，提高了效率并大大减少了高阶噪声谐波的产生。
初级的谐振回路是纯正弦波（图 7 所示），从而可降低谐波含量，提供了更干净的输出噪声频谱。
由于 SAC 的高工作频率，可使用较小的变压器来提高功率密度和效率。
ZVS 升压 - 降压拓扑结构：
PRM（前置稳压器模块）采用一个专利升压 - 降压稳压器控制架构，以提供高效率升压 / 降压稳压。
图 8（ZVS 升压 - 降压）
PRM 在固定开关频率下工作，通常在 1 MHz（最大 1.5 MHz），它还具有提高输出功率的并联能力。
ZVS 升压 - 降压开关顺序是相同的，无论它是降压还是升压。
ZVS 升压 - 降压拓扑结构有四个级。
- Q1 和 Q4 导通为变压器储存能量，然后是 ZVS 过渡的 Q3 导通 - Q1 和 Q3 导通为从输入到输出提供路径，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
完成 4 级之后，就是一个循环。
28V / 270V 输入源到多路输出 DC-DC 转换：
图 9（270V / 28V 到多路输出）
由于有效载荷，如航空、数据链路、雷达、飞行控制系统都需要一个 15V、12V、5V、3.3V 的电压范围，需要下游 DC-DC 转换器或 niPoL 提供所需电压作为有效载荷的多路输出。
除了整流器，还有非稳压和非隔离的 270Vdc，这个 MIL-COTS DCM DC-DC 转换器和 Picor ZVS 降压稳压器可提供经隔离和稳压的多路输出。
在第一级，MDCM DC-DC 将一个非稳压输入（28V 或 270V）转换为一个经隔离和稳压的 28V，然后通过下游非隔离式 ZVS 稳压器转换为多路输出。
在后一级，Coop Power ZVS 降压稳压器将 28V 转换为负载所需的电压。
表 2 简要说明了 DCM 和 Picor ZVS 降压稳压器的规格，所以，它可以帮助了解它们在 270V / 28V 的电源链工作时对多路输出转换的作用。
表 2
图 10（多路输出解决方案的效率）
DCM 是一个隔离和稳压的 DC-DC 转换器。
ZVS 降压稳压器是一个稳压和非隔离的 DC-DC 转换器。
在上一段已经提到，为了有更高的效率，不会重复隔离和稳压。
虽然稳压是由 DCM 和 ZVS 降压稳压器重复进行的，由于 ZVS 降压稳压器的高效率，从高电压到所需电压的整体效率可以达到高于 90%。
ChiP——转换器级封装：
图 11（ChiP 等效电路热模型）
DCM DC-DC 转换器通过突破性封装技术——转换器级封装（ChiP）技术进行封装。
为了实现更高的功率效率、密度和设计灵活性，需要功率元件封装技术的持续改进，因此，ChiP 的推出优化了电气和热性能。
ChiP 产品的设计在 PCB 两面都有功率元件，可减少由于寄生的损耗，通过整个封装均匀彻底地散热，并利用了顶部和底部表面散热。
ChiP 产品封装在热增强型模压化合物中，降低了温差，为便于使用热管理配件，提供了平整的模块顶部和底部表面，如散热器、冷板、热管等。
ZVS 降压拓扑结构： 如图 11 所示，除了一个连接在输出电感器两端的附加箝位开关，ZVS 降压拓扑结构与传统降压转换器相同。
增加的箝位开关允许将能量存储在输出电感器中，用来实现零电压开关。
图 12（ZVS 降压拓扑结构）
图 12 显示了 ZVS 降压拓扑结构的时序图，它主要由三个状态组成，如下所示。
- Q1 导通阶段 o 假设 Q1 在谐振过渡后的近零电压开启。
当 D-S 电压几乎为零时，Q1 在零电流开启。
MOSFET 和输出电感器中的电流斜升，准时达到由 Q1 决定的峰值电流。
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 导通电阻决定的；开关损耗可以忽略不计。
- Q2 导通阶段 o Q1 迅速关闭，接着是一个很短时间的体二极管导通，这增加了可以忽略不计的功耗。
接下来，Q2 开启，存储在输出电感器中的能量被传送到负载和输出电容器。
当电感器电流达到零时，同步 MOSFET 保持足够长的时间，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
-
一旦控制器已确定有足够的能量存储在电感器中，同步 MOSFET 关闭，箝位开关开启，箝位 Vs 节点至输出电压。
箝位开关隔离输出电感器电流与输出，同时以几乎无损的方式用电流来循环存储的能量。
在箝位阶段，由输出电容器提供的输出在该阶段持续很短时间。
-
当箝位阶段结束时，箝位开关被打开。
输出电感器中储存的能量与 Q1 和 Q2 输出电容产生谐振，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，减少了 Q1 的米勒电荷，并为 Q2 的输出电容充电。
当 Vs 节点几乎等于输入电压时，这允许以无损方式方式开启 Q1。
图 13（ZVS 降压时序图）
无人机的军用标准 在一些无人机应用中，需要满足 MIL-STD-461 MIL-STD-704/1275 等军用标准，分别代表 EMI 和瞬态。
Vicor 还提供滤波模块，以及兼容 Vicor DC-DC 转换器来满足标准要求。
表 3 显示了 Vicor 滤波模块选项，它可以符合特定军用标准，同时兼容一起使用的 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）
对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）可用来提供针对 12V 和 15V 的 50W（总共 100W），以符合 MIL-STD-461E EMI 要求。
MQPI-18 是一个采用 LGA 封装（25×25×4.5mm，2.4G）的滤波模块，用来满足 MIL-STD-461E 的 EMI 要求。
MIL 级 Cool-Power DC-DC 转换器采用PSiP（22×16.5×6.7mm，7.8g）封装，用来为所需电压提供宽范围输入（16-50V）。
采用 Picor 滤波模块和 DC-DC 转换器模块的解决方案可以兼容 MIL-STD461E，而不是大尺寸的被动元件，可实现无人机数据链及其他设备的高密度电源解决方案。
结论： 利用 Vicor 模块化电源解决方案，可以使无人机电源系统设计具有体积小、重量轻和高密度的特点，携带更多有效载荷和执行更多任务。
同时，Vicor 将提供创新、高性能和良好品质的电源元件 / 解决方案，为客户提供竞争优势。