用模塊化電源迎接耗電的航空航天和國防應(yīng)用的挑戰(zhàn)

航空航天和國防市場不斷要求減小尺寸和重量，同時提供出色的系統(tǒng)容量以保持高能效。這些應(yīng)用的工程師和系統(tǒng)架構(gòu)師需要具有越來越有前途的功率密度和容量的解決方案，同時滿足上市時間要求。傳統(tǒng)的DC-DC 轉(zhuǎn)換器磚正在努力滿足他們的需求。然而，選擇正確的供電網(wǎng)絡(luò)并采用高密度電源模塊可以輕松克服這些挑戰(zhàn)。

增加 MIL-COTS 空間中 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的功率密度的好處是顯著的。軍用電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠減少尺寸和重量的預(yù)算，使他們能夠更多地關(guān)注要求苛刻的應(yīng)用所需的 C4ISR 功能。

Vicor 提供 MIL-COTS 電源解決方案，通過一系列低噪聲、高密度電源模塊滿足 SWaP-C（尺寸、重量、功率和成本）要求。

“一個很好的例子是我們的 DCM? 系列隔離和穩(wěn)壓 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。與最好的磚封裝解決方案相比，我們創(chuàng)新的 ChiP 和 VIA 封裝使解決方案的功率密度按體積計(jì)算提高了 2.5 倍，按重量計(jì)算功率密度提高了 3 倍以上，”Rob Russell 國防和航空航天產(chǎn)品營銷副總裁說。

用于國防應(yīng)用的模塊化電源設(shè)計(jì)

Vicor 配置的 DCM 功能最大限度地降低了與特定轉(zhuǎn)換器相關(guān)的非經(jīng)常性設(shè)計(jì)成本。DCM 的高頻開關(guān)簡化了避免增加干擾所需的濾波。

DCM5614（270V – 28V，1300W，96% 效率）從 180 – 400VDC 主電源供電，以提供隔離、穩(wěn)壓、標(biāo)稱 28V 安全超低電壓 (SELV) 次級輸出。該模塊有機(jī)箱安裝或 PCB 安裝形式，集成了 DC-DC 轉(zhuǎn)換器、浪涌保護(hù)和可選的模擬或數(shù)字通信。PMBus 兼容提供遙測和控制接口來配置故障監(jiān)控和其他遙測功能。

對于飛機(jī)負(fù)載，DCM5614 (141.43 x 35.5 x 9.4mm) 將整個飛機(jī)上可用的 270V 總線在需要時轉(zhuǎn)換為 28V，并向負(fù)載提供 1300 瓦。

為了提供 EMI 濾波和瞬態(tài)保護(hù)，Vicor 提供了 MFM ? 濾波器系列，使設(shè)計(jì)人員能夠滿足 MIL-STD-461E/F 的傳導(dǎo)發(fā)射/傳導(dǎo)敏感性；對于采用 VIA? 或 ChiP? 封裝的 28 或 270V 標(biāo)稱輸入電壓 DCM 模塊，輸入瞬變符合 MIL-STD-704 或 MIL-STD-1275。

“DCM 系列的其他產(chǎn)品也非常成熟，并用于許多軍事應(yīng)用，例如無人機(jī)、雷達(dá)和各種機(jī)器人應(yīng)用?！?/p>

DCM 系列 96% 的高效率減小了所需散熱器的尺寸，從而節(jié)省了更多空間。在圖 1 中，DCM 并聯(lián)以增加所需的功率，并且可以添加轉(zhuǎn)換器以滿足未來的功率要求。當(dāng)應(yīng)用程序需要根據(jù)不斷變化的負(fù)載需求進(jìn)行擴(kuò)展時，并行 DCM 模塊的能力大大縮短了上市時間。

圖 1：顯示了三個 1.3 kW DCM5614 VIA 轉(zhuǎn)換器的陣列。它們提供穩(wěn)壓的 28V 總線（來源：Vicor）

人工智能的發(fā)展創(chuàng)造了機(jī)遇和權(quán)力的挑戰(zhàn)

越來越多的國防應(yīng)用正在利用人工智能來確保更安全、更有效的操作。因此，在軍事應(yīng)用中采用人工智能進(jìn)一步加重了電力輸送的負(fù)擔(dān)?！斑@反映在商業(yè)應(yīng)用中，ASIC 和 GPU 處理復(fù)雜的 AI 工作負(fù)載會消耗電力。在大多數(shù)情況下，隨著新處理器消耗不斷增加的電流，供電現(xiàn)在是計(jì)算性能的限制因素，”Russel 說

電力輸送不僅需要電力分配，還需要電力轉(zhuǎn)換解決方案的效率、尺寸、成本和熱性能?！巴ㄟ^與業(yè)界頂級處理器公司合作，Vicor 建立了一系列產(chǎn)品組合，支持交流或高壓配電以及用于 48V 直接到負(fù)載轉(zhuǎn)換的分比電源架構(gòu)?解決方案，”Russel 說

他指出，48V 配電提供了最大 SELV 電壓，與傳統(tǒng)的 12V 配電相比，配電損耗降低了 16 倍。所有這些產(chǎn)品都具有滿足使用最先進(jìn) CPU、GPU 或 ASIC 的大規(guī)模計(jì)算系統(tǒng)所需的高密度和高效率。很快，航空航天和國防 AI 應(yīng)用將需要商用處理器技術(shù)，因此也需要 Vicor 為 AI 開發(fā)的創(chuàng)新、高性能解決方案。

封裝為軍事創(chuàng)新提供功率密度

封裝在提供高密度電源的能力中起著關(guān)鍵作用?！叭绻麤]有功率模塊封裝技術(shù)的創(chuàng)新，功率密度、電流密度和效率的進(jìn)步就永遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)，”產(chǎn)品營銷副總裁 Robert Gendron 說。

Vicor 在封裝技術(shù)方面的最新創(chuàng)新稱為“ChiP”（封裝在封裝中的轉(zhuǎn)換器）。它由標(biāo)準(zhǔn)尺寸的 PCB 面板制作和切割而成，兩側(cè)用于有源和無源元件。熱管理是模塊構(gòu)造的首要考慮因素，考慮到兩側(cè)的冷卻設(shè)計(jì)，以最大限度地提高性能和功率密度。

“DCM 模塊采用創(chuàng)新的電源轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)開關(guān)控制器，以進(jìn)一步提高效率、功率和電流密度。這些特性，再加上添加先進(jìn)封裝以應(yīng)對空間、熱和環(huán)境挑戰(zhàn)，使 DCM 產(chǎn)品線成為航空航天和國防系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的理想選擇，”Gendron 說。

他補(bǔ)充說：“隨著國防和航空航天市場不斷創(chuàng)新和發(fā)展，將保持合規(guī)性和可靠性標(biāo)準(zhǔn)，以確保安全和性能?！?/p>

電源解決方案仍然需要滿足具有挑戰(zhàn)性的 SWaP-C 要求，并且在相同或更小的占地面積內(nèi)需要更多的電源。為了滿足這些不斷變化的要求，電源設(shè)計(jì)的模塊方法有利于提供可靠性、靈活性和功率密度。

審核編輯 黃昊宇