用模块化电源迎接耗电的航空航天和国防应用的挑战

航空航天和国防市场不断要求减小尺寸和重量，同时提供出色的系统容量以保持高能效。这些应用的工程师和系统架构师需要具有越来越有前途的功率密度和容量的解决方案，同时满足上市时间要求。传统的DC-DC 转换器砖正在努力满足他们的需求。然而，选择正确的供电网络并采用高密度电源模块可以轻松克服这些挑战。

增加 MIL-COTS 空间中 DC-DC 转换器的功率密度的好处是显着的。军用电源系统设计人员能够减少尺寸和重量的预算，使他们能够更多地关注要求苛刻的应用所需的 C4ISR 功能。

Vicor 提供 MIL-COTS 电源解决方案，通过一系列低噪声、高密度电源模块满足 SWaP-C（尺寸、重量、功率和成本）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。与最好的砖封装解决方案相比，我们创新的 ChiP 和 VIA 封装使解决方案的功率密度按体积计算提高了 2.5 倍，按重量计算功率密度提高了 3 倍以上，”Rob Russell 国防和航空航天产品营销副总裁说。

用于国防应用的模块化电源设计

Vicor 配置的 DCM 功能最大限度地降低了与特定转换器相关的非经常性设计成本。DCM 的高频开关简化了避免增加干扰所需的滤波。

DCM5614（270V – 28V，1300W，96% 效率）从 180 – 400VDC 主电源供电，以提供隔离、稳压、标称 28V 安全超低电压 (SELV) 次级输出。该模块有机箱安装或 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 x 35.5 x 9.4mm) 将整个飞机上可用的 270V 总线在需要时转换为 28V，并向负载提供 1300 瓦。

为了提供 EMI 滤波和瞬态保护，Vicor 提供了 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；对于采用 VIA™ 或 ChiP™ 封装的 28 或 270V 标称输入电压 DCM 模块，输入瞬变符合 MIL-STD-704 或 MIL-STD-1275。 

“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。”

DCM 系列 96% 的高效率减小了所需散热器的尺寸，从而节省了更多空间。在图 1 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需求进行扩展时，并行 DCM 模块的能力大大缩短了上市时间。

图 1：显示了三个 1.3 kW DCM5614 VIA 转换器的阵列。它们提供稳压的 28V 总线（来源：Vicor）

人工智能的发展创造了机遇和权力的挑战

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 处理复杂的 AI 工作负载会消耗电力。在大多数情况下，随着新处理器消耗不断增加的电流，供电现在是计算性能的限制因素，”Russel 说

电力输送不仅需要电力分配，还需要电力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 建立了一系列产品组合，支持交流或高压配电以及用于 48V 直接到负载转换的分比电源架构™解决方案，”Russel 说

他指出，48V 配电提供了最大 SELV 电压，与传统的 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 CPU、GPU 或 ASIC 的大规模计算系统所需的高密度和高效率。很快，航空航天和国防 AI 应用将需要商用处理器技术，因此也需要 Vicor 为 AI 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

封装在提供高密度电源的能力中起着关键作用。“如果没有功率模块封装技术的创新，功率密度、电流密度和效率的进步就永远无法实现，”产品营销副总裁 Robert Gendron 说。

Vicor 在封装技术方面的最新创新称为“ChiP”（封装在封装中的转换器）。它由标准尺寸的 PCB 面板制作和切割而成，两侧用于有源和无源元件。热管理是模块构造的首要考虑因素，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 模块采用创新的电源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。这些特性，再加上添加先进封装以应对空间、热和环境挑战，使 DCM 产品线成为航空航天和国防系统设计师的理想选择，”Gendron 说。

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

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地面积内需要更多的电源。为了满足这些不断变化的要求，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 黄昊宇