采用DC-DC模塊的無人機電源解決方案

　　如圖8所示，ZVS升壓-降壓拓撲結(jié)構(gòu)有四個級。

　　(1)Q1和Q4導通為變壓器儲存能量，然后是ZVS過渡的Q3導通。

　　(2)Q1和Q3導通為從輸入到輸出提供路徑，然后是ZVS過渡的Q2導通。

　　(3) Q2和Q3對續(xù)流級導通，然后是ZVS過渡的Q4導通。

　　(4)在箝位階段Q2和Q4導通，然后是ZVS過渡的Q1導通。

　　完成4級之后，就是一個循環(huán)。

7 28V/270V輸入源到多路輸出DC-DC轉(zhuǎn)換

　　由于有效載荷，如航空、數(shù)據(jù)鏈路、雷達、飛行控制系統(tǒng)都需要一個15V、12V、5V、3.3V的電壓范圍，需要下游DC-DC轉(zhuǎn)換器或niPoL提供所需電壓作為有效載荷的多路輸出，如圖9所示。

　　除了整流器，還有非穩(wěn)壓和非隔離的270VDC，這個MIL-COTS DCM DC-DC轉(zhuǎn)換器和Picor ZVS降壓穩(wěn)壓器可提供經(jīng)隔離和穩(wěn)壓的多路輸出。

　　在第一級，MDCM DC-DC將一個非穩(wěn)壓輸入(28V或270V)轉(zhuǎn)換為一個經(jīng)隔離和穩(wěn)壓的28V，然后通過下游非隔離式ZVS穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換為多路輸出。

　　在后一級，Coop Power ZVS降壓穩(wěn)壓器將28V轉(zhuǎn)換為負載所需的電壓。

　　DCM是一個隔離和穩(wěn)壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器。ZVS降壓穩(wěn)壓器是一個穩(wěn)壓和非隔離的DC-DC轉(zhuǎn)換器，如圖10所示。

　　在上一段已經(jīng)提到，為了有更高的效率，不會重復隔離和穩(wěn)壓。

　　雖然穩(wěn)壓是由DCM和ZVS降壓穩(wěn)壓器重復進行的，由于ZVS降壓穩(wěn)壓器的高效率，從高電壓到所需電壓的整體效率可以達到高于90%。

8 ChiP——轉(zhuǎn)換器級封裝

　　DCM DC-DC轉(zhuǎn)換器通過突破性封裝技術(shù)——轉(zhuǎn)換器級封裝(ChiP)技術(shù)進行封裝。

　　為了實現(xiàn)更高的功率效率、密度和設(shè)計靈活性，需要功率元件封裝技術(shù)的持續(xù)改進，因此，ChiP的推出優(yōu)化了電氣和熱性能。

　　ChiP產(chǎn)品的設(shè)計在PCB兩面都有功率元件，可減少由于寄生的損耗，通過整個封裝均勻徹底地散熱，并利用了頂部和底部表面散熱。

　　ChiP產(chǎn)品封裝在熱增強型模壓化合物中，降低了溫差，為便于使用熱管理配件，提供了平整的模塊頂部和底部表面，如散熱器、冷板、熱管等。

9 ZVS降壓拓撲結(jié)構(gòu)

　　如圖11所示，除了一個連接在輸出電感器兩端的附加箝位開關(guān)，ZVS降壓拓撲結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器相同。增加的箝位開關(guān)允許將能量存儲在輸出電感器中，用來實現(xiàn)零電壓開關(guān)。

　　圖12顯示了ZVS降壓拓撲結(jié)構(gòu)的時序圖，它主要由三個狀態(tài)組成，如下所示。

9.1 Q1導通階段

　　假設(shè)Q1在諧振過渡后的近零電壓開啟。當D-S電壓幾乎為0時，Q1在零電流開啟。MOSFET和輸出電感器中的電流斜升，準時達到由Q1決定的峰值電流。在Q1導通階段，能量存儲在輸出中，并為輸出電容器充電。在Q1導通階段，Q1中的功耗是由MOSFET導通電阻決定的;開關(guān)損耗可以忽略不計。

9.2 Q2導通階段

　　Q1迅速關(guān)閉，接著是一個很短時間的體二極管導通，這增加了可以忽略不計的功耗。接下來，Q2開啟，存儲在輸出電感器中的能量被傳送到負載和輸出電容器。當電感器電流達到0時，同步MOSFET保持足夠長的時間，在輸出電感器中存儲一些來自輸出電容器的能量。電感器電流為負值。

9.3 箝位階段

　　一旦控制器已確定有足夠的能量存儲在電感器中，同步MOSFET關(guān)閉，箝位開關(guān)開啟，箝位Vs節(jié)點至輸出電壓。箝位開關(guān)隔離輸出電感器電流與輸出，同時以幾乎無損的方式用電流來循環(huán)存儲的能量。在箝位階段，由輸出電容器提供的輸出在該階段持續(xù)很短時間。

　　當箝位階段結(jié)束時，箝位開關(guān)被打開。輸出電感器中儲存的能量與Q1和Q2輸出電容產(chǎn)生諧振，導致Vs節(jié)點對輸入電壓振鈴。

　　這個振鈴對Q1的輸出電容放電，減少了Q1的米勒電荷，并為Q2的輸出電容充電。當Vs節(jié)點幾乎等于輸入電壓時，這允許以無損方式方式開啟Q1。

10 無人機數(shù)據(jù)鏈的電源解決方案

　　如圖14所示，對于無人機數(shù)據(jù)鏈解決方案，Picor濾波模塊(MPQI-18)和DC-DC模塊(Cool-Power PI31xx)可用來提供針對12V和15V的50W(總共100W)，以符合MIL-STD-461E EMI要求。

　　MQPI-18是一個采用LGA封裝(25×25×4.5mm，2.4G)的濾波模塊，用來滿足MIL-STD-461E的EMI要求。

　　MIL級Cool-Power DC-DC轉(zhuǎn)換器采用PSiP(22×16.5×6.7mm，7.8g)封裝，用來為所需電壓提供寬范圍輸入(16-50V)。

　　采用Picor濾波模塊和DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊的解決方案可以兼容MIL-STD461E，而不是大尺寸的被動元件，可實現(xiàn)無人機數(shù)據(jù)鏈及其他設(shè)備的高密度電源解決方案。

參考文獻：

　　[1]SAC和ZVS升壓-降壓拓撲結(jié)構(gòu)：分比式電源架構(gòu)和VI Chip

　　[2]ZVS降壓拓撲結(jié)構(gòu)：高性能ZVS降壓穩(wěn)壓器

　　[3]ChiP封裝：ChiP熱管理