本发明属于无人机电源分配与管理
技术领域：
，涉及一种小型无人机电源分配与管理电路系统。
背景技术：
：供配电及电源管理技术是机载电气系统的主要研究内容，能够拥有高效能的供、配电及电源管理系统对于无人机整体性能的提升具有重要意义。目前，大多数小型固定翼无人机仍然采用单一锂聚合物电池组供电方案，随着航时的增加，机上电池组会越来越重，对于小型固定翼无人机来说是不允许的，这就成为制约无人机航时的一大因素，而且单一电池供电存在电池出现问题时飞机坠毁的风险，而使用小型机载发电机的无人机就解决了以上问题，既能够解决电池组制约无人机航时的问题，也能够为无人机飞行安全加上双保险。小型机载发电机在无人机上的应用必然引出另一个问题，也就是对机上各种电源的合理分配、控制与管理，本发明就是针对安装有小型发电机系统的无人机而专门开发的高效稳定的电源分配与管理电路。技术实现要素：(一)发明目的本发明的目的是：提供一种小型无人机电源分配与管理电路系统，使得安装有发电机系统的小型无人机在各个工作阶段，能够根据各阶段的电源使用特点自动的完成对电源的分配、控制及管理。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种小型无人机电源分配与管理电路系统，其包括：单片机、切换电路1、切换电路2和切换电路3；单片机采集发电机整流滤波后电压vin+，根据vin+是否进入dc/dc输入电压工作范围来控制dc/dc模块的使能和禁止；发电机整流滤波后电压vin+经dc/dc模块转换为28v，与6s锂电池组及外部28v电共同进入切换电路1，由切换电路1完成三种电源的无缝切换功能，切换后输出的电压再经dc/dc转换成不同的电压给飞控、舵机及链路供电；单片机获取飞控下发的起飞标志位并采集整流滤波后电压vin+，根据这两个条件决定经dc/dc转换的28v电是否与外部28v电进入切换电路2进行切换选择后给载荷供电；dc/dc转换后28v与外部28v电共同进入切换电路3切换选择后给6s锂电池组充电。其中，还包括：led状态显示模块，其上设置发电机供电指示灯、外部电供电指示灯、电池组供电指示灯、充电状态指示灯和载荷供电指示灯。其中，所述单片机采集外部28v电供电信号、切换电路1供电反馈信号，根据两个信号的状态决定当前是哪一种电源在给系统供电，并点亮当前处于供电状态的指示灯，熄灭其余两种电源指示灯。其中，所述单片机采集载荷供电输出端的载荷供电信号状态，确定当前载荷是否处于供电状态，并点亮/熄灭相应载荷供电指示灯。其中，所述单片机采集切换电路3输出的充电电压信号和6s锂电池组反馈的充电状态信号来确定当前电池组处于何种充电状态，并点亮/熄灭充电状态指示灯。其中，所述切换电路1包括功率场效应管控制器和功率型场效应管，功率型场效应管的漏极d接发电机变换后28v电，栅极g接功率场效应管控制器，源极s接电源输出vout，功率场效应管控制器接6s锂电池组电源、外部28v电和发电机变换后28v电，选择确定输出电源。其中，还包括：三相交流整流滤波、dc/dc转换及控制电路，使用标准三相整流模块将三相交流整为脉动直流，然后经滤波电容滤波，将脉动直流的幅度控制在1v之内，再经dc/dc转换为28vdc，单片机通过采集飞机当前状态和整流滤波电压看是否达到开启条件，然后通过光耦隔离控制dc/dc的使/禁能。其中，所述切换电路1切换后输出的电压经隔离dc/dc模块将电压分别转换为12v、5v和15v，12v电再经dc/dc变换为单片机的工作用电3.3v，15v经功率mos控制输出与断开。(三)有益效果上述技术方案所提供的小型无人机电源分配与管理电路系统，用在安装有发电机系统的小型固定翼无人机上，在无人机地面测试及飞行过程中根据各阶段的电源使用特点自动完成电源的分配、控制及管理。附图说明图1为本发明实施例中电源分配与管理电路系统原理框图。图2为本发明实施例中三电源切换电路原理框图。图3为本发明实施例中整流滤波及dc/dc使禁能控制电路原理框图。图4为本发明实施例中二次电源配电及控制电路原理框图。具体实施方式为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。为了解决安装有发电机系统的小型无人机在各个工作阶段对电源的分配、控制及管理，设计一种电源分配及管理电路系统，完成各个工作阶段电源的自动分配、控制及管理。如图1所示，单片机采集发电机整流滤波后电压vin+，根据vin+是否进入dc/dc输入电压工作范围来控制dc/dc模块的使能和禁止。发电机整流滤波后电压vin+经dc/dc模块转换为28v，与6s锂电池组及外部28v电共同进入电源切换电路1，由切换电路1完成三种电源的无缝切换功能，切换后输出的电压再经dc/dc转换成不同的电压给飞控、舵机及链路供电。在任意工作状态下，只能有一种电源处于供电状态。单片机获取飞控下发的起飞标志位并采集整流滤波后电压vin+，根据这两个条件决定经dc/dc转换的28v电是否与外部28v电进入切换电路2进行切换选择后给载荷供电。dc/dc转换后28v与外部28v电共同进入切换电路3切换选择后给6s锂电池组充电。单片机采集外部28v电供电信号、切换电路1供电反馈信号，根据两个信号的状态决定当前是哪一种电源在给系统供电，并点亮当前处于供电状态的指示灯，熄灭其余两种电源指示灯；单片机采集载荷供电输出端的载荷供电信号状态，确定当前载荷是否处于供电状态，并点亮/熄灭相应载荷供电指示灯；单片机采集切换电路3输出的充电电压信号和6s锂电池组反馈的充电状态信号来确定当前电池组处于何种充电状态，并点亮/熄灭充电状态指示灯。附图2、3、4是各分项原理框图。其中图2是三电源切换原理框图，也即切换电路1的原理框图。切换电路1包括功率场效应管控制器和功率型场效应管，功率型场效应管的漏极d接发电机变换后28v电，栅极g接功率场效应管控制器，源极s接电源输出vout，功率场效应管控制器接6s锂电池组电源、外部28v电和发电机变换后28v电，选择确定输出电源。图3是三相交流整流滤波、dc/dc转换及控制电路，使用标准三相整流模块将三相交流整为脉动直流，然后经滤波电容滤波，将脉动直流的幅度控制在1v之内，再经dc/dc转换为28vdc，单片机通过采集飞机当前状态和整流滤波电压看是否达到开启条件，然后通过光耦隔离控制dc/dc的使/禁能。图4是三种电源变换后给后级机载设备供配电的原理框图，根据各设备供电电压的不同，通过隔离dc/dc将电压分别转换为12v、5v和15v，12v电再经dc/dc变换为单片机的工作用电3.3v，15v经功率mos控制输出与断开。其次是电源分配及管理电路对各种电源的分配、控制管理方法及具体控制逻辑，使用ltc4414芯片对发电机整流滤波后28v电源、6s电池组电源及外部28v电源进行三电源及两电源的切换；使用单片机完成3路电压采集功能、5路led状态输出指示功能、发电机供电自动开启功能、载荷供电自动开启功能。本实施例系统完成以下功能。1)三种电源切换功能在任意工作状态下，只能有一种电源处于供电状态。在无人机地面调试状态时，接通外部28v电源，此时由外部28v电给整个航电系统供电，如果地面调试准备时间较长，这样可以避免在地面调试时使用备用电池组，增加了飞机的应急时间；去掉外部28v电，电路会无缝切换到电池组供电，如果发动机启动后整流滤波后电压≥30v且飞机未处于起飞状态，则电路无缝切换到发电机供电。在飞行过程中，如果发电机整流滤波后的电压≥30v且飞机未处于起飞状态，则由发电机供电，其余情况下会自动切换到电池组供电。载荷只使用外部28v电源和发电机整流滤波后28v电源供电，任何情况下都不使用6s电池组电源供电。2)3路电压采集功能电压采集功能是通过单片机自带的ad外设实现对电压的采集。表1电压采集表3)5路led状态输出指示通过ltc4414的反馈信号power_signal和外电电压采集信号来判断系统供电源。若power_signal信号输出高电平，说明发电机电供电；若power_signal信号输出低电平，说明是其余供电方式，同时再判断外电ex_power，如果ex_power存在，说明是外电供电，否则是电池组在供电。通过监测载荷电源最终输出端的电压值，来判断当前载荷是否处于供电状态。通过判断电池组给出的充电信号charge_signal和充电输出端的电压来判断当前的充电状态，并驱动led指示灯指示不同颜色。若充电电压存在，且charge_signal输出低电平，则表示电池充满电；若充电电压存在，且charge_signal输出高电平，则表示正在充电；若充电电压不存在，无论charge_signal信号时什么状态，表示电池此时没有充电，红绿灯都熄灭。4)发电机供电自动开启发电机供电自动开启功能是通过28v电源块的使能端的使禁能实现的，单片机通过实时采集发动机经整流滤波后的电压vin+和起飞状态标志位来判断是否达到系统供电开启条件，如果满足条件，单片机通过pa8输出低电平，使能电源块。表2发电机供电开启逻辑表5)载荷供电自动开启：单片机通过实时采集发动机经整流滤波后的电压vin+来判断是否达到载荷电源开启的条件，如达到开启条件，单片机通过pa11管脚输出低电平，打开载荷供电。表3载荷供电开启逻辑表输入条件输出整流滤波后电压vin+pa11≥41v0(载荷供电)＜41v1(载荷断电)本发明效果是无人机使用此电源分配及管理电路，实现了在无人机的各个工作阶段电源的自动分配、控制及管理。某型号小型长航时无人机，使用此电源分配及管理电路，解决了机载发电机供电、三种电源切换、电池组在线充电及电源的自动分配、控制及管理问题。电路运行高效稳定，使得某型号无人机的航时及系统可靠性大大提升。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
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的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。当前第1页12