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為繁忙的港口及水路護航 VideoRay水底機器人設計實現精確高效
 

【作者: Vicor】   2021年03月09日 星期二

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港口安全監視、水雷對抗和水底搜救都是非常危險的任務,不應再冒生命和船舶安全的風險。在需要持續任務關鍵型水底檢查或勘探的地方,水底機器人 (ROV) 是維持安全、支援打撈工作和揭開海洋秘密最安全、最有效的方式。



圖1 :  VideoRay Defender 是一款遠端遙控水底機器人 (ROV),需要一個穩健的高密度供電網路 (PDN) 提供強大的推力,才能在最具挑戰性的條件下實現敏銳的機動性。
圖1 : VideoRay Defender 是一款遠端遙控水底機器人 (ROV),需要一個穩健的高密度供電網路 (PDN) 提供強大的推力,才能在最具挑戰性的條件下實現敏銳的機動性。

具攝影功能的 ROV 能夠更長時間處於難以接近的極深水底位置。為提高效率,ROV 需要穩健的高密度供電傳輸線路 (PDN),其不僅可讓所需的推力能夠承受移動的洋流,而且還能夠提供負載足夠空間完成特定任務工作的同時提供穩定的環境攝影視圖。


VideoRay 水底機器人針對各種應用進行了最佳化,其中包括搜索與救援、安全與反恐、水雷引爆、海上油氣和風電場基礎設施檢查、船體與碼頭檢查、水上研究以及海上打撈等。VideoRay 繫留水底機器人由主機平台或船舶供電,可部署在 305 公尺(浮動模式下為 2000 公尺)深的水底,執行24/7/365全天候任務。此外,還有一款正在開發中的電池供電 ROV,其可在水底持續工作達 8 小時,允許使用更細、更輕的繫線,專門用於視訊及通訊傳輸。


可調整適用於各種任務

在 VideoRay 的眾多創新中,有一個可互換的、模組化元件 ROV 系統駐留在單個智慧型網路中。該系統提供一個非常靈活的可客製化平台,可輕鬆適應特定任務、市場和有效載荷。


VideoRay ROV 經過精心設計,可執行有尺寸、重量及部署速度限制的各項艱巨任務。此外,它們的特性還包括強大的推力、更長的繫線、更高解析度的視訊以及可更換的模組化系統。


針對各種負載荷重和特定任務協定輕鬆擴充

要實現進階 ROV 功能,VideoRay 需要一款進階供電網路架構,利用該架構,他們能夠設計出能在更深水底提供更大電源及更高機動性的更小 ROV。在眾多有效設計因素中,機載電源元件的模組化和功率密度,是幫助 VideoRay 可擴充 ROV 產品系列(有助於靈活獲得高效能模組)以更高速度適應不斷變化的需求,為客戶便捷客製化 ROV 的關鍵。


VideoRay 運用 Vicor 解決方案不需龐大散熱系統和電磁干擾濾波系統的特性,滿足功率密度、效率和低電磁干擾雜訊的嚴格要求。這可實現一款功率密集的簡潔系統設計,增加寶貴的電路板空間的同時,實現高效散熱效率。


提供高效能電源,完成艱巨的任務

高度模組化的 VideoRay 旗艦產品 Defender 系列 ROV 採用 Vicor DCM系列轉換器,從 400VDC 產生較低電壓的電源,為水底無人機內部的所有主推進器和控制電子裝置供電。DCM 系列 DC-DC 轉換器是 Defender 系列的最佳方案,因其不僅整合監控和自動關閉功能於封裝中並提供高功率密度。DCM 系列適用於極寬輸入電壓範圍,因此容許使用更長繫線上所產生的高壓差。


VideoRay Pro 4 主控制器單元中使用的高效率、固定比率 Vicor BCMR 母線轉換器-(圖2),以緊湊的方式將主船的整流AC轉換為72V DC,透過繫線提供給 ROV。它採用先進的散熱器和主動散熱,可輕鬆進行熱管理。電源轉換器中的高壓 BCM 模組有助於處裡產生繫線壓降,先進和主動式散熱可在防水外殼中輕鬆進行熱管理。


BCM 採用 Vicor 專有正弦振幅轉換器 (SAC) 拓撲,這是一種基於諧振回路、極為高效的 DC-DC 轉換器架構,可實現雙向固定比率 DC-DC 轉換。由於輸入電壓從 36 到 800 伏不等,而且按各種 K 因子變壓支援廣泛的應用,因此一些 BCM 還具有整合型 PMBus R遙測、控制以及 EMI 濾波功能。BCM 不僅能達到 98% 的峰值效率,實現 2,400W/in3 的功率密度,而且還可將其輸入並聯成大功率陣列,並將輸出串聯和/或並聯,實現比單個模組更高的輸出電壓和/或電流。



圖2 : VideoRay 控制系統用整流 AC 給Vicor BCM 供電,並將其輸出串聯起來,為短繫線增加達 72V 的非標準繫線電壓。電源和控制器都封裝在一個小型可?式派力肯外殼中,因此效率和密度都很重要。
圖2 : VideoRay 控制系統用整流 AC 給Vicor BCM 供電,並將其輸出串聯起來,為短繫線增加達 72V 的非標準繫線電壓。電源和控制器都封裝在一個小型可?式派力肯外殼中,因此效率和密度都很重要。

對於電池供電的 ROV,VideoRay 正在使用 Vicor 大功率、高密度、效率為 97% 的 PRM 升降壓轉換器,為電池管理提供定電流定電壓控制。PRM 升降壓穩壓器採用零電壓開關 (ZVS) 架構,不僅支援寬輸入電壓範圍,而且還提供可調整的穩定輸出電壓。


VideoRay 所有的 ROV 產品組合均採用 Vicor 電源模組滿足不斷發展的需求。VideoRay 和 Vicor 強強聯合,為高密度的模組化供電網路架構實現了創新,其可幫助 VideoRay 開發能夠在深海全天候不間斷工作的、更強大的更小型 ROV。


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