無人機由于可以快速部署等優(yōu)點，被廣泛應用到各行各業(yè)。目前大部分無人機采用機載充電鋰電池供電，導致續(xù)航時間較短，然而某些應用場景要求無人機能夠長時間不間斷留空作業(yè)，系留無人機應運而生。系留無人機通過系留線纜將地面電源傳輸至無人機作為動力源來保證無人機長時間穩(wěn)定工作。
系留無人機應用
佰才邦作為通訊領域的優(yōu)秀企業(yè)，近幾年來在系留式多旋翼無人機系統方面的發(fā)展取得了顯著成績。目前主打機型最大飛行高度為200米，最大負載能力15公斤，定點懸停時間在4-24小時，具有長時間無故障連續(xù)飛行的能力。
系留無人機系統包括無人機、系留箱、機載電源、地面電源、系留線纜等子系統。在自然災害造成的通訊中斷搶險中，傳統應急方案可能需要長達4小時的到位時間，但系留無人機從運輸到展開業(yè)務僅需20分鐘，超短的展開、回收時間使得系留無人機備受青睞。
系留無人機應用領域包括
? 應急通訊：自然災害發(fā)生時通訊被中斷，地面公共網絡癱瘓，系留無人機攜帶移動基站快速投入，確保通訊網絡長時間工作；
? 科研院校：將特定設備長時間放置于空中進行測試，系留無人機為科研院所的課題研究起到極大助推作用；
? 安保監(jiān)控：系留無人機攜帶各種類型的攝像頭在特定時間、特定地點進行長時間空中視頻監(jiān)控；
系留無人機電源子系統
系留無人機電源結構分布
系留無人機電源結構細化分布
發(fā)電機輸出的220V/380V交流電壓通過地面電源子系統轉換為400V高壓，400V高壓通過系留電纜傳輸至空中機載電源子系統，在此系統中通過Vicor BCM電源模塊轉成至48V電壓為馬達系統供電。系統的運行功率大致為5kW，但為了保證足夠的抗風能力將設計指標提升至7kW，系統中使用若干BCM電源模塊。
系留無人機對電源的需求
系留無人機在空中作業(yè)時機載電源子系統是端到端系統中的核心部件，為無人機電機以及機載負載設備工作提供動力源，是保證系統長時間、不間斷、安全可靠飛行的基礎。如下是系統對機載電源的需求：
? 電源設備重量輕、體積小：機載電源自身重量的降低會提升系統的整體負載能力；
? 輸入、輸出電壓穩(wěn)定性高：保證系統在強風、高海拔等多種條件下穩(wěn)定工作；
? 能量密度大、負載能力強：保證系統裕量設計時不增加器件數量；
? 效率高：發(fā)熱量少降低了散熱設備的重量，進一步為提升系統整體負載能力做出貢獻；
產品特點
采用VIA封裝的Vicor BCM4414是一款高效率的母線轉換器，通過260V-410V DC高壓母線工作，可提供32.5V-51.3V DC的隔離式非穩(wěn)壓低壓。獨特的超薄模塊將 DC-DC 轉換、集成型濾波和 PMBus?指令及控制整合在底座或PCB安裝封裝中。BCM可提供低噪聲、快速瞬態(tài)響應以及業(yè)界領先的效率和功率密度。低壓側參考的 PMBus 兼容型遙測控制接口可提供對BCM 配置、故障監(jiān)控以及其它遙測功能的訪問。BCM模塊利用Vicor VIA封裝技術的散熱及密度優(yōu)勢，能夠使用上下兩面極低的熱阻抗提供高度靈活的散熱管理選項。與下游 Vicor DC-DC轉換組件及穩(wěn)壓器相結合時，BCM允許電源設計工程師采用簡單、纖薄的設計，這將在不影響成本或性能指標的情況下，為終端系統實現差異化。
特性與優(yōu)勢
? 輸出35A的恒定電流；
? 1/8 的固定變壓比 (K)；
? 高達797W/in3的功率密度；
? 97.7%的峰值效率；
? 內部集成EMI濾波器和浪涌保護電路；
? 支持數千瓦陣列的并行工作；
? OV、OC、UV、短路和熱保護；
? 4414封裝，重量141g；
? 平均無故障時間長；
? 散熱增強型VIA封裝；
? PMBus? 通訊功能；
? 熱插拔應用
Vicor產品的優(yōu)勢
系留無人機應用中，Vicor電源產品的優(yōu)勢如下：
? 功率密度大、體積小、重量輕；
? 轉換效率高，峰值效率高達98%，比市面上同類產品高出2～3個百分點；
? 散熱性能卓越，簡化了散熱器設計結構，降低了散熱器體積，降低了重量，散熱器體積是其他產品的1/10；
? 輸入端工作電壓高，機載前端在400V高電壓工作時系留線纜上產生的熱損降低，得益于此線纜設計得到優(yōu)化，負載重量進一步減少；
? BCM模塊可以對電壓、電流、溫度等關鍵指標進行實時工作狀態(tài)的監(jiān)控，若監(jiān)控系統發(fā)現這些指標超過門限則提前預警，必要時觸發(fā)迫降程序進行安全降落，避免對人員的傷害和設備損害，確保系統安全；
? BCM模塊可以對電壓、電流、溫度等工作門限進行設置，其它子系統的設計也得到優(yōu)化；
? BCM模塊輸入端的集成式共模電感及防浪涌設計解決了系統的EMC問題；
系統測試
相對于其它產品，系留無人機的測試更為嚴格、全面和復雜。佰才邦系留無人機的測試包括：
? 子系統測試：針對電源子系統進行功能和性能方面的全面測試，通過長時間運行來考察工作狀態(tài)是否正常，溫度狀態(tài)是否在設計范圍；
? 子系統和全系統的實驗室聯調測試：搭建實驗室模擬環(huán)境，將機載電源，地面電源，系留電纜，模擬負載等進行聯調，測試端到端輸出情況，對監(jiān)控系統、飛控系統、保護功能進行全面評估；
? 外場測試：在不同負載，不同功率，不同高度，不同天氣工況，不同飛行時間等條件下對系統進行組合飛行，完整的考察系統的所有設計指標性能。
雙向設計滿足需求
佰才邦在4G/5G小基站方面有較深積累，在無人機與通信基站的結合方面有大量研究和產品創(chuàng)新。系留無人機未來會支持更大的負載能力、更高的飛行高度，能力上限需要不斷提升，對電源模塊的要求更為嚴苛。Vicor在電源模塊領域處于行業(yè)領先地位，雙方進一步的合作，將為行業(yè)應用和創(chuàng)新提供性能卓越的產品。
佰才邦在基站設計方面處于行業(yè)領先地位，對行業(yè)的深入理解和細節(jié)把控上都有自己獨到見解。比如，應急移動通信基站的施放、安裝、間距及抗干擾等都是系留無人機設計之初需要考慮的關鍵因素。同樣，也會根據系留無人機的特點對應急移動通信基站進行產品優(yōu)化，這種雙向設計，讓系統更加適應不同應用場景，發(fā)揮最大作用。
未來規(guī)劃
除了現有應用領域外，佰才邦在系留無人機應用方面也在積極探索，開拓未來可能進入的新領域，比如環(huán)境監(jiān)控、空氣質量采集、應急照明服務等。在談到未來產品規(guī)劃時，佰才邦公司無人機產品總監(jiān)李明表示，很大程度上未來應用的負載會更重、飛行高度會更高，能力上限需要不斷提升，對電源模塊的要求更為嚴苛。佰才邦認為Vicor在電源模塊領域處于行業(yè)領先地位，期望雙方進一步緊密合作，為行業(yè)應用和創(chuàng)新提供性能卓越的產品。