Ինչպե՞ս են DC-DC փոխակերպիչները բարելավում ռոբոտատեխնիկայի և անօդային սարքերի հզորության համակարգերի արդյունավետությունը

Ինչու՞ է յուրաքանչյուր վատտի մեկ մասնիկը կարևոր, երբ դուք օդում եք

Ես դեռ հիշում եմ այն տպավորությունը, երբ դիտում էի, թե ինչպես է մեկ այլ պրոտոտիպ անօդային սարք կորցնում բարձրությունը ափամերձ ճահիճների վրա: Այն տանում էր բազմասպեկտրային տեսախցիկ՝ մի շրջակա միջավայրի վերահսկման նախագծի համար, և բեռի յուրաքանչյուր գրամ հաշվարկված էր: Թռիչքի սկսվելուց տաս րոպե անց մարտկոցի ցուցիչը ավելի արագ էր իջնում, քան կանխատեսված էր: Թռիչքից հետո կատարված ջերմային սկանավորումը ցույց տվեց պատճառը. հիմնական կառավարման սարքի վրա գտնվող գծային լարման կարգավորիչը աշխատում էր 80 աստիճան Ցելսիուսից բարձր ջերմաստիճանում՝ մարտկոցի արժեքավոր էներգիան վերափոխելով ջերմության, որը միայն տաքացնում էր պլաստիկ պահարանը: Այդ օրը ինձ սովորեցրեց, որ թռչող ռոբոտում էլեկտրական էֆեկտիվությունը ոչ թե աբստրակտ սպեցիֆիկացիա է, այլ՝ տվյալներով վերադառնալու կամ ջրի մեջ վայրէջքի տարբերությունը: Ռոբոտատեխնիկայի և անօդային սարքերի էլեկտրական համակարգերը մեծ ֆունկցիոնալ խտություն են համատեղում փոքր, թեթև հարթակներում: Յուրաքանչյուր վատթարված վատտ լարման վերափոխման ժամանակ մեկ այլ վատտ է, որը չի կարող պտտեցնել շարժիչը, աշխատեցնել LiDAR սենսորը կամ վերահաղորդել տեսանյութը:

Այն վերափոխման շարժիչը, որը համապատասխանեցնում է բատարեայի լարումը յուրաքանչյուր բեռնվածքին

Անօդային սարքի մարտկոցը կարող է լինել 22 վոլտ վեց բջիջանոց լիթիումային փաթեթից, սակայն թռիչքի կառավարիչը պետք է 3,3 վոլտ ստանա, տեսախցիկի մոդուլը պահանջում է 5 վոլտ, իսկ սերվոմեքենան կարող է պահանջել առանձին 12 վոլտանոց լարում։ Արդյունավետ լարման փոխակերպման բացակայության դեպքում այդ տարբերությունները կդառնան լուրջ ջերմային խնդիրներ։ Գծային կարգավորիչները ավելցուկային լարումը վերածում են ջերմության, իսկ այս մոտեցումը կարող է կորցնել մուտքային հզորության 40–60 %-ը, երբ լարման տարբերությունը մեծ է։ Կարգավորիչները, որոնք հիմնված են միացման տոպոլոգիաների վրա, փոխում են այս հարաբերակցությունը։ Օգտագործելով տրանզիստոր, ինդուկտիվ տարր և կondենսատոր՝ էներգիայի հոսքը կտրելու և հարթեցնելու համար, ժամանակակից իջեցնող կարգավորիչները սովորաբար հասնում են 92 %-ից ավելի արդյունավետության։ Սինխրոն ռեկտիֆիկացիան, որտեղ կորուստներ տալող դիոդը փոխարինվում է ցածր դիմադրությամբ MOSFET-ով, որոշ դիզայններում այս ցուցանիշը բարձրացնում է մինչև 96 %։ Լայն մուտքային տիրույթ ունեցող կարգավորիչները նաև թույլ են տալիս անօդային սարքերին անցնել մարտկոցի բնական լարման անկման ընթացքում՝ առանց կատարողականության նվազման, ինչը ապահովում է պտտման մոմենտի և կառավարման արձագանքի կայունությունը մինչև վերջին օգտագործելի վատտի հանման պահը։

Թռիչքի ժամանակի խնայում՝ ջերմության տեղափոխման փոխարեն դրա վերացումը

Էներգիայի վերափոխման արդյունավետության բարելավումը ավելի շատ է անում, քան էլեկտրաէներգիայի հաշիվների նվազեցումը: Օդային պլատֆորմում վերափոխման ընթացքում խնայված յուրաքանչյուր վատտ նշանակում է ջերմության այն քանակի չվերացումը, որը չի պետք արտածել: Ջերմային կառավարումը կշռի ավելացում է առաջացնում ջերմահաղորդիչների, օդափոխիչների կամ ծանր ալյումինե կապսուլների տեսքով: Կիսահաղորդչային սարքերի արտադրողների կիրառական ինժեներները հաճախ այս փոխհարաբերությունը պատկերում են պարզ էներգիայի բյուջեի միջոցով. վերափոխիչների կորուստներում 5 վատտ խնայումը կարող է թռիչքի ժամանակ ավելացնել 4–5 լրացուցիչ րոպե կայուն թռիչքի ժամանակ տիպիկ ստուգողական քվադրոկոպտերի համար՝ ենթադրելով 3 կգ օդային շասսի և 6 Ա·ժ մարտկոց: Օրական հետազոտական թռիչքների տարեկան շարքում այս մեկ դիզայնային որոշումը կարող է խնայել հարյուրավոր ժամ լիցքավորման ցիկլերի և մարտկոցի փոխարինումը մեկ ամսվա ընթացքում հետաձգել: Հաշվարկները պարզ են: Վերափոխման ավելի բարձր արդյունավետությունը նվազեցնում է ջերմային զանգվածի պահանջը և ավելի երկար է ձգում առկա էներգիան դեպի իրական առաջադրանքի բեռ:

Մաքուր էներգիան՝ որպես սենսորների և վերահսկման համակարգերի հուսալիության հիմք

Բավարար չէ միայն արդյունավետության թվերը՝ ամբողջ պատկերը ներկայացնելու համար: Դաշտային տրանզիստորի ստեղծած հոսանքի որակը ուղղակիորեն ազդում է յուրաքանչյուր սենսորի և պրոցեսորի կայունության վրա, որոնք գտնվում են հոսանքի աղբյուրից հետո: Կարգավորվող փոխակերպիչները իրենց բնույթով ստեղծում են ալիքաձև լարում և էլեկտրամագնիսական միջամտություն: Առանց ճիշտ ֆիլտրման այդ աղմուկը միանում է զգայուն անալոգային շղթաներին: GPS ընդունիչը կարող է կորցնել կապը՝ պայմանավորված հոսանքի գծով տարածվող ճառագայթումներով: Իներցիոն չափման սարքը կարող է հաղորդել կեղծ արագացումներ՝ միլիվոլտային մակարդակի աղմուկի պատճառով: IEC 61000 ստանդարտները սահմանում են հաղորդվող և ճառագայթվող աղմուկների սահմանային արժեքներ, սակայն այդ ստանդարտների պրակտիկ մեկնաբանությունը անօդային սարքի նախագծողի համար պարզ է. որքան մաքուր է հոսանքը, այնքան ավելի վստահելի է նավիգացիոն տվյալները: Բարձրորակ ԴՀ-ԴՀ մոդուլները օգտագործում են սփրեդ-սպեկտրային մոդուլացիա, ինտեգրված LC ֆիլտրներ և հոգատար ՊԿԲ դասավորություն՝ աղմուկը նվազեցնելու համար մեկ թվանշանային միլիվոլտային մակարդակի վրա: Այդ մաքուր հոսանքի շղթան թույլ է տալիս ռոբոտին ճիշտ մտածել, մինչդեռ նրա շարժիչները և ինվերտերները ստեղծում են սեփական կոշտ էլեկտրական աղմուկը:

Դասընթաց դիզայնի մասին, որը սովորվեց, երբ դրոնը կորցրեց ճանապարհը

Ինքնավար հետազոտական ավիադրոնների ստեղծման երկու տարի անց մեր թիմը հանդիպեց լուրջ հուսալիության խնդրի: Մոտավորապես յուրաքանչյուր տասներկու թռիչքից մեկի ժամանակ RTK GPS սարքը միջառագայթային առաջադրանքի ընթացքում կորցնում էր իր ֆիքսված լուծումը և վերադառնում մոտավոր դիրքագտման, ինչը վնասում էր մեր գյուղատնտեսական հաճախորդներին առաջարկվող սանտիմետրային ճշգրտությունը: Մենք կասկածում էինք ամեն ինչ՝ սկսած անտենայի տեղադրումից մինչև ֆիրմային ծրագրային սխալներ: Վերջապես օսցիլոսկոպով ստուգեցինք սնման շղթան և հայտնաբերեցինք մոտ ութսուն միլիվոլտ ամպլիտուդով պարբերական թավշային ցատկեր, որոնք առաջանում էին մեր կողմից ցածր արժեքով կատալոգային վաճառողից ձեռք բերված բաք մոդուլից: Մոդուլի անպաշտպանված ինդուկտորը ուղղակիորեն ճառագայթում էր GPS անտենայի կաբելի մեջ: Ամբողջովին փակված, ցածր աղմուկի դիմաց դիմաց մեկուսացված DC/DC փոխակերպիչի և մետաղական էկրանի օգտագործումը՝ համատեղված լավացված ելքային կարգավորմամբ, մի գիշերում վերացրեց խնդիրը: Այդ պահից մենք այլևս երբեք չկորցրեցինք RTK-ի ֆիքսված լուծումը: Այս փորձը ամբողջովին վերաձևափոխեց մեր մատակարարման փիլիսոփայությունը. սնման փոխակերպիչը չի համարվում ստանդարտ ապրանք, այլ կրիտիկական բաղադրիչ, որը ուղղակիորեն որոշում է համակարգի հուսալիությունը:

Ինչու է արտադրության համաստեղությունը վերածում լավ դիզայնը հիասքանչ արտադրանքի

Երբ ռոբոտատեխնիկայի ընկերությունը անցնում է ստացիոնարից արտադրության, յուրաքանչյուր սարքավորման վրա գտնվող յուրաքանչյուր DC-DC փոխարկիչը պետք է նույնական աշխատանք ցուցադրի: Կոմպոնենտների համապատասխանությունը, սոլդատավորման որակը և սերիայի մակարդակում անցկացվող փորձարկումները դառնում են ապրանքի հեղինակության անտեսանելի հիմքը: Այն փոխարկիչը, որը ինժեներական սեղանի վրա 95 %-անոց էֆեկտիվություն է ցուցադրում, սակայն առաջին արտադրական սերիայի պատահական մեկ միավորում իջնում է մին до 89 %, ստեղծում է մի սարսափելի իրավիճակ՝ անկայուն դաշտային ավարիաների և թանկարժեք վերադարձերի հետևանքով: Հենց այստեղ է խորը արտադրական հնարավորությունը առանձնացնում վստահելի գործընկերներին միայն գործարքային մատակարարներից: Rcnun-ը, որը մասնագիտացած է հզորության փոխարկման մոդուլներում, այս կարգը ներառել է իր ամբողջ գործունեության մեջ: Մագնիսական դիզայնից և PCB դասավորությունից մինչև SMT հավաքածուն և ավտոմատացված լիարժեք բեռնվածության տաքացման փորձարկումները Rcnun-ը ապահովում է համատեղելի աշխատանք հազարավոր միավորների վրա: Շարժական սարքերի և ռոբոտատեխնիկայի ապրանքանիշերի համար Rcnun-ի նման արտադրողի հետ աշխատելը նշանակում է, որ նրանց հզորության ճարտարապետությունը մասշտաբավորվում է լաբորատորիայից դաշտային օգտագործման մեջ՝ առանց անհաճելի հարկադրական հանգամանքների, ինչը ապահովում է յուրաքանչյուր հարթակի էֆեկտիվությունը, թեթևությունը և առաքելու պատրաստվածությունը: