2017年CES大展熱門焦點之一就是「無人機」。由於無人機性能及可攜性提升,並簡化操作介面模式,使得市場熱鬧非凡。在此狂潮之下,業界進展不斷,UL祭出安全標準,而德州儀器也推出新產品加強電池續航力,可望促進該產業更為成熟。
商用型無人機全面興起。看好無人機商機,各類型廠商皆蓄勢待發開發差異化無人機,和以應用為導向的無人機設計,如知名網路電商亞馬遜(Amazon)就推出無人機送貨服務。然而與一般無人機相比,仰賴自動駕駛的商業無人機有更大的風險,針對無人飛行載具的UL3030標準也因應而生。
迎接商用無人機市場 UL全新安全標準出爐
UL能源暨電力科技部事業發展經理陳立閔(圖1)表示,UL3030規範所有商業應用如農業、科學、搜索救援、電影工業、新聞廣播視訊、屋頂檢查業務等用途的無人機電氣系統安全。與個人電動載具不同,無人機的測試項目看似簡單許多,這是因為相較於頻繁接觸人體的電動載具,漏電與起火並非無人機的第一考量,而最具挑戰性的測試項目在於「功能性安全」。
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圖1 UL能源暨電力科技部事業發展經理陳立閔表示,UL全新安全標準一體適用於不同產業,其中,在無人機測試中,首重功能性安全考量項目。 |
舉例而言,陳立閔談到,以日前台北101附近無人機掉落事故為例,其原因在於該建築物有可能產生載具訊號屏蔽的疑慮,一旦載具接收不到訊號就會產生危險性,一般電器產品若是出現短路或是故障,最常見的處理方式就是斷電,但飛在空中的無人機並不能沿用這個策略,無人機一旦斷電就會失速墜落造成危險,甚至無法追蹤訊號,因此實用情況的危害分析就變得相當重要,但該如何分析,這也是目前廠商面臨的難題。
除了安全問題,進一步探究無人機,在美國,聯邦航空總署(Federal Aviation Administration, FAA)規定無人機必須取得適航證(Airworthiness)才能夠飛行,然而這必須先經過長時間的試飛才可以辦理,因此有加註了豁免條款,適用於一般個人嗜好休閒使用的非商用無人機(重量必須在25公斤以內)得依據FAA的公告安全規則運作,但不可干擾有人機的飛航,在接近機場時亦必須告知塔台等。
在歐洲,隨著無人機逐漸民有化,歐盟亦訂出無人機法規。一般民用的無人機雖不需要取得適航證,但這類「開放型」無人機必須有高可視性,其飛行的高度與區域亦受限制,飛行區域必須遠離機場或其他有安全疑慮的地區;而「特殊用」無人機(用於商業、農業等)或是較高規格的無人機則必須申請許可證並接受嚴格的管制。除此之外,歐盟更為大型的「認證型」無人機訂定法規,由於飛行原理接近於一般的飛機,這類無人機必須遵循飛機的管制原則。
無人載具依據用途與規模分級,聯網安全更是智慧載具的成功關鍵,全球各國正在立法,商機蓄勢待發。
維持無人機翱翔天際 少不了可靠電池驅動器
除此之外,無人機電池的安全與續航力更是不容忽視。當價值不菲的新型無人機正忙於2,000英尺的高空拍攝4K超高畫質影片時,最不該擔心的,莫過於其是否有足夠的電力能夠完成新的YouTube傑作或安全著陸。
為此,德州儀器(TI)提供的解決方案能夠盡可能地減少馬達驅動裝置的功耗、電壓尖峰和過熱問題。TI產品行銷與應用經理Allen Chen表示,這些昂貴裝置中的電池必須極為可靠,續航力也需要盡可能的能夠維持越久越好。用戶絕不會希望無人機在飛越湖面時突然發生意外,以致不得不背上潛水裝置將無人機打撈回來。
電動機車和其它輕型電動車、機器人與無線吸塵器亦需要相同的可靠性。這些裝置中的大型電池組通常具有大量的瞬態波動,可能導致電池電壓驟升高於正常範圍的200%,而電池組也面臨著像是充電過度與過熱等各種濫用情況。
為了解決這些挑戰,德州儀器推出了bq76200電場效應電晶體(FET)—一種主要用於可攜式工業系統,以及電壓可能高達100伏特產品的電池組前端驅動器,採用單晶片,能夠在消耗極低功率的同時控制充放電。
Chen表示,該晶片旨在滿足當今現代工業需求所設計,並且相當的穩健。與現有的低壓側驅動器不同,該晶片的高壓側電池驅動器可確保系統能夠與電池內的顯示器或電量計不斷進行溝通,這對於防止任何潛在的故障發生而言有很大的幫助。
不僅如此,該晶片也非常適合可攜式醫療、工業系統及其它無線應用。在可攜式醫療應用中,降低系統的噪音特別重要,其高壓側驅動器可確保電池不會造成任何干擾。
用單一電池組為產品充電
對工程師而言,這種高電壓解決方案提供有先進保護功能的FET驅動和控制,從小型18V無線電鑽到100V蓄電系統的各種應用電壓皆適用。它能夠大幅地改善電池設計,也促成該公司的bq76940系列與bq78350-R1配套電量計等電池管理產品更上層樓。
Chen談到,它為設計出可一直進行通訊的低功耗、可靈活運用的電池管理解決方案提供了一個明確的途徑。最重要的是,該公司現在有機會在一個單電池組中提供一個全面的晶片組解決方案,其中包括此驅動器、電池監控器、電量計、配套NexFET等等。
顯而易見,相關供應鏈正極力鎖定無人機產業龐大商機,然而另一方面,維持無人機安全以保障環境安全與人身安全疑慮更是日漸受重視的問題,因此更須仰賴安全標準與電池防護的措施,才能搶先於競爭對手之前交付客戶最理想的解決方案。