模塊化電源滿足航空航天和國防應(yīng)用日益增長的需求挑戰(zhàn)

航空航天和國防市場的需求不斷增加，需要進一步減小尺寸和重量以及出色的系統(tǒng)容量以保持高功率效率。這些應(yīng)用所需的解決方案必須滿足不斷提高的功率密度、容量和上市時間要求，而傳統(tǒng)的DC/DC 轉(zhuǎn)換器磚正在努力做到這一點。為了克服這一挑戰(zhàn)，有必要選擇正確的供電網(wǎng)絡(luò)并采用高密度電源模塊。

在 MIL-COTS 市場中提高 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的功率密度具有巨大的好處，包括減少尺寸和重量的預(yù)算，使軍用電源系統(tǒng)設(shè)計人員能夠更多地關(guān)注其苛刻應(yīng)用所需的 C4ISR 功能。Vicor 公司提供此類解決方案，通過低噪聲、高功率密度模塊產(chǎn)品組合滿足尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 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，”Vicor 產(chǎn)品營銷副總裁 Rob Russell 說?！芭c最好的磚式封裝解決方案相比，我們創(chuàng)新的 ChiP 和 VIA 封裝可實現(xiàn) 2.5 倍體積功率密度和 3 倍重量功率密度的解決方案。”

國防應(yīng)用的模塊化電源設(shè)計

Vicor 配置的 DCM 功能將與特定轉(zhuǎn)換器相關(guān)的非經(jīng)常性設(shè)計成本降至最低。DCM 的高頻開關(guān)簡化了避免增加干擾所需的濾波。

DCM5614（270 V 至 28 V、1,300 W、96% 效率）采用 180 至 400 VDC 主電源工作，以提供隔離、穩(wěn)壓、標(biāo)稱 28 V、安全超低電壓 (SELV) 次級輸出. 該模塊采用機箱或 PCB 安裝形式，集成了 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、浪涌保護和可選的模擬或數(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。

對于飛機負(fù)載，DCM5614 (141.43 × 35.5 × 9.4 mm) 將整個飛機可用的 270 V 總線在需要時轉(zhuǎn)換為 28 V，并為負(fù)載提供 1,300 W。

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

“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、雷達和各種機器人應(yīng)用，”Russell 說。

DCM 系列的 96% 高效率減小了所需散熱器的尺寸，從而節(jié)省了更多空間。在下圖中，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)載要求進行擴展時，并行 DCM 模塊的能力大大縮短了上市時間。

由三個 1.3 kW DCM5614 VIA 轉(zhuǎn)換器組成的陣列。它們提供穩(wěn)壓的 28V 總線。（來源：Vicor – 航空航天）

人工智能的發(fā)展創(chuàng)造了機遇和動力挑戰(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一步加重了電力輸送的負(fù)擔(dān)。“這反映在商業(yè)應(yīng)用中，ASIC 和 GPU 消耗的功率處理復(fù)雜的 AI 工作負(fù)載，”Russell 說。“在大多數(shù)情況下，隨著新處理器消耗的電流越來越大，供電現(xiàn)在是計算性能的限制因素?！?/p>

電力輸送不僅需要功率分配，還需要功率轉(zhuǎn)換解決方案的效率、尺寸、成本和熱性能。“通過與業(yè)界頂級處理器公司合作，Vicor 建立了一個產(chǎn)品組合，支持 AC 或 HV 配電和分比式電源架構(gòu)解決方案，用于 48V 直接負(fù)載轉(zhuǎn)換，”Russell 說。

他指出，48V 配電提供最大 SELV 電壓，與傳統(tǒng) 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的 CPU、GPU 或 ASIC 的大規(guī)模計算系統(tǒng)的需求所需的高密度和高效率。很快，航空航天和國防人工智能應(yīng)用將需要商用處理器技術(shù)，因此也需要 Vicor 為人工智能開發(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

封裝在提供高密度功率的能力中起著至關(guān)重要的作用。Vicor 產(chǎn)品營銷副總裁 Robert Gendron 表示：“如果沒有電源模塊封裝技術(shù)的創(chuàng)新，就永遠無法實現(xiàn)功率密度、電流密度和效率的進步。

Vicor 在封裝技術(shù)方面的最新創(chuàng)新稱為“ChiP”（封裝中的轉(zhuǎn)換器）。它由標(biāo)準(zhǔn)尺寸的 PCB 面板制成并切割而成，兩面都用于有源和無源元件。熱管理是模塊構(gòu)造中的首要考慮因素，考慮到兩側(cè)的冷卻設(shè)計以最大限度地提高性能和功率密度。

“DCM 模塊采用創(chuàng)新的功率轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)開關(guān)控制器，以進一步提高效率、功率和電流密度，”Gendron 說。“這些屬性，加上先進的封裝來管理空間、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)計人員的理想選擇。

“隨著國防和航空航天市場不斷創(chuàng)新和發(fā)展，將維持合規(guī)性和可靠性標(biāo)準(zhǔn)，以確保安全和性能，”他補充說。

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位面積內(nèi)需要更多的功率。為了滿足這些不斷發(fā)展的要求，電源設(shè)計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：湯梓紅