航磁用无人机电源控制系统

“航磁用无人机电源控制系统”

姓名：吕涛 学号：131411065

纲要1. 2. 3.

4.5.

6.

摘要 电源控制系统的基本结构 单片机保护电路 光泵磁力仪结构和工作特点 有源箝位复位方式 结论

1.摘要无人机航空磁测已经成为航空物探测量领域最新技术之 一。 电源系统是无人机的关键部分，电源系统供电质量的优 劣直接影响无人机整体的工作状态。 消除磁干扰，系统采用蓄电池作为供电电源，正激开关 电源作为DC/DC 转换模块。 保护电路以单片机为核心，对供电电池的温度、供电电 压和输出电压进行实时监测，采用谐振理论对有源箝位 电路的工作特点进行了分析。 关键词: 航空磁测；自谐振光泵磁力仪；有源箝位；谐 振；电磁干扰

航空磁测就是把灵敏的磁力仪装载于飞机上用于检测地下矿体和 地质体的磁场变化，它具有效率高、成本较低、便于大面积工作、探 测深度较大等优点。在航磁测量中应用无人机技术已成为航空磁测领 域研究的热点问题之一。

2.电源控制系统的基本结构无人机先进的通信设备、计算机系统和其它装置需要高效、大功 率密度的分布式电源供电系统。要满足这个要求，反激式开关电源和 正激式开关电源由于其高效和高功率密度成为最佳的选择。

电源DC/DC 转换部分包括开关模式调节单 元，主要由PWM驱动电路和开关管组成。 输出电压反馈，主要由TL431 芯片和光耦 隔离电路组成。 电流反馈环节通过电流检测电阻完成。 为了保证蓄电池出现故障时，系统仍能可 靠运行，采用两组蓄电池供电，任何一组 发生故障，可以通过单片机控制系统将其 切除。

3.单片机保护电路由于无人机要在各种相对恶劣的环境下 飞行，电池工作温度变化范围为-20~+40 ℃,针对这种情况，设计了温度检测和加热 控制电路。软件设计核心部分是PWM模块通 过PID 运算，它根据温度设定值与实际值之 差的比例值、积分值、微分值来确定控制量 的大小。通过控制量调整PWM波的占空比改 变电阻丝加热时间，达到实时控制电池温度 的目的。电路如下图所示。

4.光泵磁力仪结构和工作特点光泵磁力仪是一种高灵敏度和高精度的弱磁测设备， 它在找矿、反潜、地震预报、生物医学等许多方面都具有 重要的意义。其核心部分是磁敏传感器。它是以元素的原 子能级在磁场中产生塞曼分裂为基础，再加上光泵技术和 磁共振技术而成。

5.有源箝位复位方式

在高精度测量中，为了不使开关电源引起的磁场干扰光 泵磁力仪的测量。 有源箝位正激变换器复位方式，从根本上改变了单端正 激变换器的运行特性，并且能

够实现零电压软开关工作 模式，从而大量地减少了开关器件和变压器的功耗，降 低了dv/dt(电压的变化率) 和di /dt(电流变化率), 改善了电磁兼容性。

在主开关关断期间，利用箝位电容的电压限制主开关 两端的电压基本保持不变，从而避免了主开关过大的电压 应力；另一方面，在正激变换器中采用有源箝位技术还可 实现变压器铁芯的自动磁复位，并可以使激磁电流沿正负 两个方向流动，使其工作在双向对称磁化状态，提高了铁 芯的利用率。

有源箝位电路主要构成元件为电容和电感。 正激有源箝位复位，实际上是电容、电感的充放 电。因此，电路的工作原理，完全可以参照LC 串 联二阶电路工作原理来进行分析，二阶串联电路 的原理图如图。

通过波形可以看出，采用有源箝位复位方式， 储存在漏感中的能量能够有效的返回电源，主开 关的电压应力和变化率均减少， 开关管第二次导 通时，电压已降为零，从而开关管实现了零电压 v 开通，有效抑制了开关电源的电磁损耗和电磁干 扰。c2

6.结论单片机控制系统对电池的温度和供电电 压进行检测、控制，保证了供电系统的可靠 性，有源箝位复位方式克服了传统正激变换 器损耗大、硬开关模式导致开关管电压应力 大等缺点，提高了磁芯利用率，降低了开关 管的电压应力，改善了电磁兼容性，尤其是 光泵磁力仪受到的电磁干扰明显降低。