一种舰载无人机通信设备数字化电源装置的制作方法

本技术涉及开关电源、配电、通信、无人机，尤其涉及一种舰载无人机通信设备数字化电源装置。

背景技术：

1、舰载无人机具有非接触、零伤亡、隐蔽性好、造价低廉和操作灵活等优势，可担负高危险、高威胁任务，如海上搜索与救助、军事侦察、海洋环境监测等。

2、通信载荷对于无人平台非常重要，可以说是其“生命线”，通信为无人平台的指挥控制、情报回传提供有效、可靠的信息保障，进而支撑舰载无人机达成其作战使命任务。

3、舰载无人机的通信手段可分为视距和超视距两种方式。视距通信以超短波通信为主，超视距通信以卫星通信为主。

4、卫星通信具有传输信道稳定、通信效果好的优点，是舰载无人机超视距测控和信息传输最有效的解决方案。

5、在视距通信时，无需占用宝贵的卫星资源，可采用超短波电台、微波数据链和激光通信等视距通信手段，具备多个节点之间数据组网及通信功能，着舰引导通信。

6、在北斗三号卫星波束覆盖范围内，具备北斗三号卫星覆盖区域短报文与全球短报文通信功能。具备北斗三号rnss b3频点无源定位功能，具备北斗卫星授时功能。

7、常规舰载无人机通信设备由机载电源供电，通过隔离电源模块稳压后，分别给通信设备中的卫星通信模块、超短波电台、微波数据链、激光通信、北斗设备供电，如图1所示。

8、常规舰载无人机通信设备配电缺点：

9、1）无法及时识别与切断故障模块供电，可靠性差：传统移动电源供电方式，不能提供过流、短路保护。不能及时切断某故障通信模块（或单元）供电，可能影响同电源输出的其他模块（或单元）运行，从而降低了系统的可靠性；

10、2）无运行状态监控功能，缺少故障分析的数据：传统移动电源供电方式，无法实时监控各供电回路参数与电源内温度，执行报警和保护动作，不能为设备运行状态监控与故障定位提供支持，可维护性差；

11、3）配电无时序控制，通信设备内各模块（或单元）同时上电时，启动电流大，容易在主供电回路上产生较大的浪涌电流，引起其过流保护装置误动作，从而导致上电失败；

12、4）机载控制计算机无法通过通信端口，及时了解通信设备各模块（或单元）各电源的运行状态；

13、5）无法根据通信特点与方式，及时关闭非通信状态模块的供电，减小电能的浪费，延长无人机的滞空时长。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种舰载无人机通信设备数字化电源装置，包括：

2、机载电源输入端，用于接收无人机上的独立供电系统输出的电能；

3、直流emi滤波模块，与所述机载电源输入端连接，用于滤除电源输出的电磁噪声以及抑制通信设备从电源线传导的电磁骚扰；

4、dc/dc隔离稳压模块，与所述直流emi滤波模块连接，用于将机载电源输入的波动电压稳压为通信设备所需的供电电压；

5、至少两路输出配电回路，分别对应通信设备中的不同通信模块或单元，每路输出配电回路均包括：

6、输出分/合闸驱动电路，包括单片机的gpio信号输出端、n-mos管、rc充电电路和p-mos管，所述单片机的gpio信号通过所述n-mos管的开关控制所述rc充电电路对所述p-mos管栅极的充电速率，使所述p-mos管的漏源极阻抗从无穷大缓慢下降至导通状态，实现输出电压的缓启控制；

7、输出电流与电压检测电路，包括电流传感器和电阻分压电路，用于实时检测各输出配电回路的输出电流与电压；

8、输出短路保护电路，包括输入保险丝、大功率tvs管、具有缓启功能的n-mos启动电流限制电路、以及由npn三极管构成的过流检测关断电路；所述npn三极管检测所述n-mos管上的压降，当电流过大导致压降超过三极管开启电压时，所述npn三极管导通以关断所述n-mos管；

9、输出上电/下电时序控制模块，与所述输出分/合闸驱动电路连接，用于控制各路输出配电回路按预设时序依次上电或下电，抑制后级设备启动时的浪涌电流；

10、温度传感器，设置于电源装置内部，用于检测电源内部温度；

11、通信控制模块，包括隔离通信接口，用于与机载控制计算机进行数据交互；以及

12、中央处理单元，分别与所述输出电流与电压检测电路、所述温度传感器、所述输出上电/下电时序控制模块、所述输出分/合闸驱动电路和所述通信控制模块连接；

13、其中，所述中央处理单元被配置为：

14、根据无人机当前通信方式及特性，通过所述输出分/合闸驱动电路切断非通信状态通信模块或单元的供电，以降低功耗、延长无人机滞空时长；

15、根据所述输出电流与电压检测电路的检测结果，识别故障并执行报警和保护动作，及时关闭后级短路或过载负载；

16、根据所述温度传感器的检测结果，通过所述通信控制模块向机载控制计算机上传温度数据，并在电源过热时控制降低通信模块的发射功率或频率，或调节散热风扇转速。

17、在一些实施例中，所述通信模块或单元包括卫星通信模块、超短波电台、微波数据链、激光通信模块和北斗设备中的至少一种。

18、在一些实施例中，所述机载电源输入端接收的电源为电池、开关电源或发动机整流输出的电源，其输出电压波动范围为允许的最大波动范围。

19、在一些实施例中，所述直流emi滤波模块用于切断所述dc/dc隔离稳压模块与外部用电设备之间的电磁干扰传导耦合途径。

20、在一些实施例中，所述输出分/合闸驱动电路中，所述单片机的gpio输出高电压时，所述n-mos管的漏源极导通，使电容与二极管通过rc充电电路缓慢向所述p-mos管的栅极供电，所述p-mos管的漏源极电压缓慢上升并最终完全导通，漏源极阻抗下降至5mω左右。

21、在一些实施例中，所述输出短路保护电路中，所述大功率tvs管设置于输出端与地之间，用于吸收输出过压尖峰能量或电磁阀动作续流产生的电压尖峰。

22、在一些实施例中，所述输出短路保护电路中，所述n-mos启动电流限制电路通过rc电路向所述n-mos管的栅源极充电，使所述n-mos管的漏栅极阻抗从无穷大缓慢下降至零，以减小上电瞬间的电流冲击。

23、在一些实施例中，所述输出短路保护电路中，当某路负载出现过流或短路故障时，所述中央处理单元通过所述电流检测电路识别故障，控制所述输出分/合闸驱动电路切断该路负载供电，并通过所述隔离通信接口上传故障信息至机载控制计算机。

24、在一些实施例中，所述隔离通信接口包括rs232接口、can接口、rs485/rs422接口和以太网接口中的至少一种。

25、在一些实施例中，所述中央处理单元还被配置为：在电池储能不足时，控制部分通信设备减小发射功率或频率以降低功耗，延长无人机的滞空时长。

26、在一些实施例中，所述非通信状态通信模块或单元的功耗范围为5w～50w。

27、在一些实施例中，所述输出上电/下电时序控制模块被配置为：在负载通电时，控制大容性负载的充电速率，避免上电瞬间因电容等效短路导致的理论无限大冲击电流。

28、在一些实施例中，所述dc/dc隔离稳压模块将输入电压稳压为+28v、+12v或+3.3v中的一种或多种。

29、在一些实施例中，所述机载控制计算机通过所述通信控制模块实时获取电源装置内各通信模块或单元的供电运行参数，并记录故障与报警信息。

30、在一些实施例中，所述中央处理单元通过所述输出分/合闸驱动电路实现各通信模块供电的独立开/关控制，使各通信模块的供电状态互不影响。

31、本技术上述实施例提供的一种舰载无人机通信设备数字化电源装置，相比传统舰载无人机通信设备配电方式，具有以下有益效果：

32、根据无人机当前通信方式及特性，自动切断非通信状态通信模块或单元的供电（非通信状态模块功耗一般为5w～50w），实现通信设备的低功耗运行，有效减小电能浪费，显著延长无人机的滞空时长。

33、通过输出电流与电压检测电路实时识别各供电回路异常，及时关闭后级短路或过载负载，避免故障模块影响同电源输出的其他模块运行；输出短路保护电路实现"打嗝"式保护，防止故障扩大，提高供电系统的整体可靠性。

34、实时监控电源运行参数（输出电压、输出电流、板级温度），通过隔离通信端口（rs232、can、rs485/rs422、以太网）上传给机载控制计算机，能够执行报警并记录故障信息，为设备运行状态监控与故障定位提供数据支持，提升可维护性。

35、通过输出上电/下电时序控制模块，控制各通信模块按预设时序依次上电，避免多模块同时上电产生的大启动电流在主供电回路上形成浪涌，防止过流保护装置误动作或隔离电源模块过流保护，从而确保上电成功。

36、直流emi滤波模块有效滤除机载电源输出的电磁噪声，切断隔离电源模块与外部用电设备之间的电磁干扰传导耦合途径，提升舰载无人机通信设备的电磁兼容性能。

37、通过温度传感器检测电源内部温度，在过热时通过减小通信模块发射功率或频率、降低电源输出功率，或调节散热风扇转速，将机载电源工作温度控制在合适范围，保障设备稳定运行。

38、机载控制计算机可通过隔离通信端口实时获取各模块供电运行参数，远程执行各通信模块供电的开/关控制，实现配电的数字化、智能化管理。

39、机载电源为电池、开关电源或发动机整流输出的独立电源系统，电压波动大，通过dc/dc隔离稳压模块为各通信模块提供稳定、安全的供电电压。

40、输出分/合闸驱动电路采用mos管缓启控制，使输出电压缓慢上升，减小开关电源输出上电冲击电流，可为大容量容性负载安全供电。