采用DC-DC模块的无人机电源解决方案

　　如图8所示，ZVS升压-降压拓扑结构有四个级。

　　(1)Q1和Q4导通为变压器储存能量，然后是ZVS过渡的Q3导通。

　　(2)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。

　　(3) Q2和Q3对续流级导通，然后是ZVS过渡的Q4导通。

　　(4)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。

7 28V/270V输入源到多路输出DC-DC转换

　　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，如图9所示。

　　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。

　　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，如图10所示。

　　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%。

8 ChiP——转换器级封装

　　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。

9 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。

9.1 Q1导通阶段

　　假设Q1在谐振过渡后的近零电压开启。当D-S电压几乎为0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。

9.2 Q2导通阶段

　　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0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。

9.3 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。

10 无人机数据链的电源解决方案

　　如图14所示，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。

参考文献：

　　[1]SAC和ZVS升压-降压拓扑结构：分比式电源架构和VI Chip

　　[2]ZVS降压拓扑结构：高性能ZVS降压稳压器

　　[3]ChiP封装：ChiP热管理