후카덴 통신 드론, 바이코 BCM 버스 컨버터 적용해
  • 2022-03-22
  • 신윤오 기자, yoshin@elec4.co.kr

자연재해는 전 세계 어디에서나 발생할 수 있으며, 응급 구조대원들이 희생자의 긴급한 요구를 지원하고 식수, 음식, 전기와 같은 필수적 서비스 공급을 회복하기 위해서는 통신 복구가 필수적이다.

일본의 엔지니어링 회사인 후카덴(Fukaden Corporation)은, 그들의 고성능 테더 드론에 장착하도록 설계된 이동 통신 기지국에 전력을 공급함으로써 이러한 인도주의적 노력을 가능하게 하고 있다. 응급 구조대원들은 현장에서 즉각적인 통신 기능을 지원받기 위해 이 경량의 휴대용 드론을 배치할 수 있다. 이를 통해 응급 구조대원은 의사 결정을 내리고 신속한 의사소통에 필요한 지원을 받을 수 있다.



후카덴은 일본의 주요 통신사와 협업하여, 테더를 통해 드론에 전력을 전달하는 파워 컨트롤 박스Ⅱ 주 전원 공급 장치 시연 테스트를 진행했다. 이 장치는 최대 150m까지 1㎾의 전력을 전달할 수 있으며, 또한 장치를 병렬로 사용하여 전력량을 3배로 늘려서 3kW까지 스케일링 가능하며, 이는 10㎞ 직경의 셀룰러 서비스를 제공한다.

이제까지의 테더 드론의 단점은 전원 케이블의 두께와 무게였다. 길고 무거운 케이블은 무게 증가로 항력이 증가하여 더 큰 출력을 요구하며, 드론에 센서나 고해상도 비디오 카메라와 같은 새로운 기능을 추가하는 것을 제한했다.

후카덴 드론은 1kW~5kW의 전력이 필요하고, 공급 전압을 24V에서 370V로 높이면 공급 전류가 15분의 1로 줄어든다. 이를 통해 1kW 테더 케이블의 무게를 미터당 125g에서 11.1g으로 10분의 1 이하로 줄일 수 있는 얇은 테더 케이블을 사용할 수 있다.

드론까지 370V로 전송하려면, 모터 구동에 필요한 DC 24V로 출력을 낮추기 위해 고밀도의 경량 DC-DC 컨버터 모듈을 드론에 장착해야 한다.

초기 후카덴의 고전압 DC-DC 컨버터 설계는 무겁고 너무 많은 부피를 차지했다. 따라서 후카덴은 경량의 소형DC-DC 컨버터를 물색하여 대형 컨버터를 바이코(Vicor) DCM™ 전원 모듈로 교체했다.

바이코 DCM은 고주파 ZVS(zero-voltage switching) 기술을 사용하는 절연형 DC-DC 컨버터 모듈로, 높은 변환 효율과 출력-전력 밀도가 높은 것이 특징이다. 이 DCM을 사용하여 부피를 75% 줄이고 무게를 50% 이상 줄였다.

고성능 통신 드론 제작

차세대 후카덴 통신 드론은 최대 9㎾의 전력이 필요하다. 후카덴은 더 높은 전압 전력(DC 700V), 더 얇은 케이블 연결, 3개의 병렬 바이코 BCM® 버스 컨버터로 업그레이드하여 최대 4.5kW까지 전력을 스케일링할 수 있었다. 추가로 거의 9kW까지 스케일링하기 위해 두 개의 후카덴 전원 공급 유닛을 병렬로 연결할 수 있다.

후카덴의 차세대 통신 기지국은 최대 9kW를 필요로 한다. 높은 전압의 전력(DC 700V), 얇은 케이블, 병렬로 배치된 3개의 바이코 BCM을 사용하여 전력을 쉽게 확장하여 성능을 향상시킬 수 있었다. 추가된 전력으로 드론은 92시간 동안 비행할 수 있으며 통신 영역 직경 10km를 유지할 수 있다.

증강된 전력을 사용한 드론은 92시간 동안 비행할 수 있으며 통신 영역 지름 10km를 유지할 수 있다. 또한 향상된 성능을 통해 기지국이 모든 악천후에서 더 나은 성능을 발휘할 수 있도록 한다.

소형의 가벼운 전력 모듈은 전력 설계 및 스케일링이 용이하며, 미션 크리티컬한 인명 구조 배치를 위한 드론 기지국의 설치를 가능하게 했다. 후카덴 휴대용 기지국 장치는 짧은 시간 내에, 자연재해가 발생했을 때의 필수 응급 구조 장비가 되고 있다. 다양한 기능과 휴대성으로 일본과 전 세계의 구호 노력에 있어서 요긴한 존재가 될 것이다.
 

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