A tether system for industrial inspection UAVs — Wired power and data

Denne masteroppgaven presenterer et komplett system som leverer strøm til en drone over en høyvoltskabel. Systemet inkluderer et sikkerthetsbatteri som kan overta dersom forsyningen ryker, i tillegg til en høyhastighets datalinje over kraftkabelen. Formålet med oppgaven er å fly en industriell inspeksjonsdrone uten å måtte tenke på batterinivå, slik at dronen kan flyves i flere timer istedenfor minutter. Rapporten diskuterer utfordringene som er knyttet til et slikt system og hvilke betraktninger som må taes ved design av et. Kraftsystemet kan levere opp til 1200 W ved 300 V DC til drone over 30 meter. På dronen blir spenningen transformert ned til et brukbart nivå på ~19 V av en lett, men kraftig chip. En stor del av oppgaven har gått ut på å analysere spenningskvaliteten og stabiliteten til systemet. Det ble observert spenningstransienter når motorene på dronen ble enten koblet ut eller endret hastighet på veldig kort tid. Disse transientene kunne skade sensitivt utstyr ombord på dronen, og måtte derfor hånderes. Løsningen viste seg å være en TVS diode installert på ESCen for å lede overskuddsenergien vekk. Dette begrenset overspenningen på det beste fra en 23.2 % økning, ned til 14.1 % økning i spenning. En kondensator på riktig størrelse ble også brukt til å forbedre spenningsvariasjonen på ESCen. To varianter av batterisikkerthetssystemet ble laget. En var en passiv variant av diode ORing kretsen, men med en stor fordel i at batterikilden ble styrt av en MOSFET istedenfor diode, slik at varme- og effekttapet var betraktelig lavere, som kan øke den tilgjengelige flytiden på batteri. Den andre kretsen (som ble brukt i det endelige systemet) var an aktiv variant av ORing kretsen med n-MOSFETer som brytere, og derfor veldig effektiv. Datalinjen er lett å integrere og kunne overføre over 90 Mbit/s over kraftlinjen, selv når det var mye støy på linjen. Dette var mulig takket være et DM filter som ble plassert på linjen. En revisjon av systemet burde oppgradere PSUen til 400 V på minst 1.7 kW for å opprettholde 1.5 kW tilgjengelig på dronen. Det vil samtidig redusere overføringstapet på linjen med opp til 47 %