[發明專利]一種高效高密度機載高壓電源系統

在審

• 申請號: 202010149174.X
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN113364295A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 甘欣輝;宋亮;姚連喜;萬韜;郭賀;蔣曉峰;劉鵬;王世勇;張昱;韓上邦;楊蘇文
• 申請（專利權）人: 江蘇和正特種裝備有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02J9/06
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 滕敏

本發明提供一種高效高密度機載高壓電源系統，所述高壓電源系統包括DC?DC主功率變換器，電源管理監控單元，應急備用電池組單元；所述DC?DC主功率變換器由四個功率變換模塊并聯組成；所述電源管理監控單元包括ARM處理器，兩個載荷供電模塊，一個充電模塊，飛控供電模塊，輔助電源供電模塊，電池開關控制模塊和多個電壓、電流信號采集電路；所述應急備用電池組單元包括若干備用電池，MOSFET模塊，二極管模塊。該高效高密度機載高壓電源系統可以實現DC?DC大功率電源變換，效率高，損耗小，且各供電模塊均能單獨控制與狀態監測。實現了重量輕型化、體積小型化，同時結構簡單，可靠性高。

技術領域

本發明是一種高效高密度機載高壓電源系統，屬于電力電子技術領域。

背景技術

在設計無人機的機載電源系統時，其主要的技術參數是尺寸、重量、功率密度、效率、熱管理和復雜性。體積小、重量輕、功率密度高可以讓無人機攜帶更多的有效載荷，飛行和續航時間更長，并完成更多的任務。在有限、封閉的空間內即使是較少的功率損耗都會傳遞熱量，因此盡可能地利用能源效率，提高機載電源系統效率的同時也使熱管理變得容易，從而最大限度地提高續航時間和飛行時間。

目前，相同功率等級下，傳統電源設計方案因效率低，散熱器尺寸大，而導致機載電源重量、體積較大，滿足不了無人機的空間布局和重量要求；同時傳統方案沒有采用模塊化設計，機載電源的可靠性不高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種高效高密度機載高壓電源系統，使電源重量輕型化，體積小型化，提高有效載荷，另外其結構簡單，拆裝方便。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案。

一種高效高密度機載高壓電源系統，所述高壓電源系統包括DC-DC主功率變換器，電源管理監控單元，應急備用電池組單元；所述DC-DC主功率變換器由四個功率變換模塊并聯組成；所述電源管理監控單元包括ARM處理器，兩個載荷供電模塊，一個充電模塊，飛控供電模塊，輔助電源供電模塊，電池開關控制模塊和多個電壓、電流信號采集電路；所述應急備用電池組單元包括若干備用電池，MOSFET模塊，二極管模塊；

所述電源管理監控單元中的輔助電源供電模塊給DC-DC主功率變換器中的輔助電源供電后，DC-DC主功率變換器正常工作；所述DC-DC主功率變換器將高壓直流電逆變成交流電通過高頻變壓器降壓后，經整流電路并濾波輸出低壓直流電，并產生控制信號，發送給電源管理監控單元；應急備用電池組單元并聯在DC-DC功率變換單元的輸出端，通過電源管理監控單元中的電池開關控制模塊控制電池組的接入與斷開。

進一步的，所述所述DC-DC主功率變換器包括四個相同的功率變換模塊，每個功率變換模塊包括全橋逆變電路、驅動電路、高頻變壓器和整流電路；

四個功率變換模塊并聯在母線上，輸入端通過輸入濾波電容CIN連接在高壓直流輸入上，輸出端通過輸出濾波電容COUT連接低壓直流電輸出。

進一步的，所述功率模塊的全橋逆變電路采用LLC全橋逆變拓撲結構，全橋逆變電路包含四顆MOSFET功率管，逆變電路采用PWM調制技術實現對逆變輸出進行控制，形成控制信號。

進一步的，所述電源管理監控單元包括輔助電源供電，一個電池開關控制模塊，一個充電模塊，兩個載荷供電模塊，兩個飛控供電模塊，ARM處理器以及多個電壓、電流信號采集電路；

所述輔助電源供電模塊輸入與高壓直流電相連，輸出給DC-DC主功率變換器的驅動電路進行供電，輔助電源供電模塊輸入與輸出隔離，輸出電壓經電壓信號采集電路隔離轉換后，電壓模擬量連接到ARM處理器的ADC通道上；

所述電池開關控制模塊輸入與DC-DC主功率變換器輸出端相連，輸出與應急備用電池組單元相連，第三控制信號經光耦隔離后連接到ARM處理器I/O口上，輸出電壓經電壓信號采集電路隔離轉換后，電壓模擬量連接到ARM處理器的ADC通道上；