模块化电源满足航空航天和国防应用日益增长的需求挑战

航空航天和国防市场的需求不断增加，需要进一步减小尺寸和重量以及出色的系统容量以保持高功率效率。这些应用所需的解决方案必须满足不断提高的功率密度、容量和上市时间要求，而传统的DC/DC 转换器砖正在努力做到这一点。为了克服这一挑战，有必要选择正确的供电网络并采用高密度电源模块。

在 MIL-COTS 市场中提高 DC/DC 转换器的功率密度具有巨大的好处，包括减少尺寸和重量的预算，使军用电源系统设计人员能够更多地关注其苛刻应用所需的 C4ISR 功能。Vicor 公司提供此类解决方案，通过低噪声、高功率密度模块产品组合满足尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 要求。

“一个很好的例子是我们的 DCM 系列隔离和稳压 DC/DC 转换器，”Vicor 产品营销副总裁 Rob Russell 说。“与最好的砖式封装解决方案相比，我们创新的 ChiP 和 VIA 封装可实现 2.5 倍体积功率密度和 3 倍重量功率密度的解决方案。”

国防应用的模块化电源设计

Vicor 配置的 DCM 功能将与特定转换器相关的非经常性设计成本降至最低。DCM 的高频开关简化了避免增加干扰所需的滤波。

DCM5614（270 V 至 28 V、1,300 W、96% 效率）采用 180 至 400 VDC 主电源工作，以提供隔离、稳压、标称 28 V、安全超低电压 (SELV) 次级输出. 该模块采用机箱或 PCB 安装形式，集成了 DC/DC 转换器、浪涌保护和可选的模拟或数字通信。PMBus 兼容提供遥测和控制接口来配置故障监控和其他遥测功能。

对于飞机负载，DCM5614 (141.43 × 35.5 × 9.4 mm) 将整个飞机可用的 270 V 总线在需要时转换为 28 V，并为负载提供 1,300 W。

为了提供 EMI 滤波和瞬态保护，Vicor 提供 MFM 滤波器系列，使设计人员能够满足 MIL-STD-461E/F 的传导发射/传导敏感性和 MIL-STD-704 或 MIL-STD-1275 的输入瞬态采用 VIA 或 ChiP 封装的 28 或 270 V 标称输入电压 DCM 模块。

“DCM 系列的其他产品也非常成熟，并用于许多军事应用，例如无人机、雷达和各种机器人应用，”Russell 说。

DCM 系列的 96% 高效率减小了所需散热器的尺寸，从而节省了更多空间。在下图中，DCM 并联以增加所需的功率，并且可以添加转换器以满足未来的功率要求。当应用程序需要根据不断变化的负载要求进行扩展时，并行 DCM 模块的能力大大缩短了上市时间。

由三个 1.3 kW DCM5614 VIA 转换器组成的阵列。它们提供稳压的 28V 总线。（来源：Vicor – 航空航天）

人工智能的发展创造了机遇和动力挑战

越来越多的国防应用正在利用人工智能来确保更安全、更有效的操作。因此，在军事应用中采用人工智能进一步加重了电力输送的负担。“这反映在商业应用中，ASIC 和 GPU 消耗的功率处理复杂的 AI 工作负载，”Russell 说。“在大多数情况下，随着新处理器消耗的电流越来越大，供电现在是计算性能的限制因素。”

电力输送不仅需要功率分配，还需要功率转换解决方案的效率、尺寸、成本和热性能。“通过与业界顶级处理器公司合作，Vicor 建立了一个产品组合，支持 AC 或 HV 配电和分比式电源架构解决方案，用于 48V 直接负载转换，”Russell 说。

他指出，48V 配电提供最大 SELV 电压，与传统 12V 配电相比，配电损耗降低了 16 倍。所有这些产品都具有满足使用最先进的 CPU、GPU 或 ASIC 的大规模计算系统的需求所需的高密度和高效率。很快，航空航天和国防人工智能应用将需要商用处理器技术，因此也需要 Vicor 为人工智能开发的创新、高性能解决方案。

封装为军事创新提供功率密度

封装在提供高密度功率的能力中起着至关重要的作用。Vicor 产品营销副总裁 Robert Gendron 表示：“如果没有电源模块封装技术的创新，就永远无法实现功率密度、电流密度和效率的进步。

Vicor 在封装技术方面的最新创新称为“ChiP”（封装中的转换器）。它由标准尺寸的 PCB 面板制成并切割而成，两面都用于有源和无源元件。热管理是模块构造中的首要考虑因素，考虑到两侧的冷却设计以最大限度地提高性能和功率密度。

“DCM 模块采用创新的功率转换和调节开关控制器，以进一步提高效率、功率和电流密度，”Gendron 说。“这些属性，加上先进的封装来管理空间、热和环境挑战，使 DCM 产品线成为航空航天和国防系统设计人员的理想选择。

“随着国防和航空航天市场不断创新和发展，将维持合规性和可靠性标准，以确保安全和性能，”他补充说。

电源解决方案仍然需要满足具有挑战性的 SWaP-C 要求，并且在相同或更小的占位面积内需要更多的功率。为了满足这些不断发展的要求，电源设计的模块方法有利于提供可靠性、灵活性和功率密度。

　　审核编辑：汤梓红