使用运行状况监控实现更高效的电源

　　用于军事应用的智能电源为用户提供了实时监控故障的能力，从而使作战人员能够在关键任务期间做出快速决策。同时，标准化和商业现货 （COTS） 技术正在实现灵活性。

　　功耗始终是军事系统中的首要关注点：设计人员不断平衡尺寸、重量、功耗和成本 （SWaP-C） 要求，以提高效率。虽然每个应用可能不同，但与操作员共享信息的电源可以更好地了解系统的问题。受监控的电源可减少系统的故障排除和停机时间，并在不断变化的战场情况下做出更明智的决策。

　　“过去通常抵制‘智能电源单元’（PSU）的客户现在正在接受改进的内置测试（BIT）信号和微控制器提供的电源的整体控制的好处，”数据设备公司的英国业务部门XCEL电源系统有限公司董事总经理Graham Jefferies说：“现在许多要求要求PSU能够执行自我诊断测试， 确保其在自己的参数范围内，并不断通过飞机或车辆数据总线将信息传递到相关系统，通常称为健康监测。

　　“故障报告是一项常见的要求，”纽约波希米亚北大西洋工业公司（NAI）电力产品工程经理Vito D‘Erasmo说。［客户］要求的很多都是标准的一部分，比如输入/输出和温度监控，“他说。

　　电源管理的基础知识已经存在，并且正在推动所有军事平台的更高效率。这些趋势正在导致“更高的密度，更高的效率和更多的通信类型功能。连续的BIT测试，上电BIT测试，所以基本上很多遥测与电源在健康状况方面，“根据NAI电源产品的产品经理Lou Garofolo的说法。

　　“电源可以共享、感知和监控。客户正在寻找更多能够从整个系统收集信息的智能或电源，“纽约哈帕克贝尔曼电子COTS工程总监Jerry Hovdestad说。“过去，当你有四张牌时，很难确定哪张卡行为不端，现在一个完整的检查可以告诉你哪张不起作用。

　　随着每个系统的效率提高，作战人员可以选择不使系统脱机进行测试。军事应用，如无人系统，机载电子战（EW）和执行关键任务的陆基平台，如果问题很小，可以选择继续运行。

　　虽然这可能是一个小问题，但该软件会告诉用户，使设备离线是必要的，从而使决策过程更快，更容易，纽约波希米亚数据设备公司的营销传播经理Christopher J. Stabile说。对于较旧的系统，故障排除可能需要数小时;他补充说，使用较新的系统运行状况监控设备，只需要几秒钟。

　　“数字化电源意味着操作员可以持续获得诊断数据，使他们能够了解所有活动系统负载的电源状态，并提前知道是否有任何遇到可能导致电源故障的问题，”Stabile说。“在获得健康和诊断数据之前，车辆和其他设备需要定期安排（通常成本高昂）的维护计划，这些计划需要大量的停机时间来更换零件，无论是否需要更换，都要根据零件的理论生命周期。通过车辆运行状况和诊断数据，操作员现在可以实时了解整个电力系统，使他们能够根据需要做出明智的关键任务决策，利用系统的全部运行能力，并可能减少离开现场的时间。维护成本也更低。

　　通过故障监控更容易做出决策

　　“如果系统具有与PSU相关的性能信息，则可以决定优先处理设备支持的关键功能，”Jefferies说。“如果这些功能是关键任务，则无论对PSU的影响如何，都将允许正在进行的操作。电路健康监控避免了用户必须将设备停止服务并在工作台上进行测试;除了财务影响和系统停机时间之外，持续监控是一种更有效的测试方式，通常可以更深入地了解故障模式以及与系统其余部分的交互。

　　“这往往更多地出现在定制电源上，而不是标准电源，因为这是一个特定的功能，”他继续说道。“这种能力通常需要针对特定的应用进行定制。

　　标准化为灵活性铺平了道路

　　然而，标准化并非完全脱离了困境。制造商仍在遵循国防部（DoD）制定的SWaP要求。例如，VITA 62 标准仍可作为支持 VPX 背板上 VITA 62 插槽并将 COTS 组件引入电源模块的电源的指南。设定标准的好处是工程师能够不必担心基础知识。

　　“我们已经看到许多机载应用 - 包括固定翼和旋转直升机 - 走向更新的VPX平台，”D’Erasmo指出。“我们是VITA 62委员会的一部分;我们完成了 VITA 62 规范的第一个规范的更新。我们看到军事客户对VPX产品的要求很高。

　　VITA要求中还概述了通信 - 许多客户想要VITA扩展的这些功能，“Garofolo补充道。

　　“我们所做的一切都是婴儿床。我们的 VPX 是婴儿床。我们将设计重新包装成各种定制外形。我们的客户正在寻找高可靠性，“霍夫德斯塔德说。“我是VITA 62委员会的一员，我们正试图制定一个开放标准，所以任何人都可以购买，将其插入系统，然后玩。

　　然而，“我们的客户正在寻找灵活性，能够改变这个和那个，并增强他们的喜好，”他继续说道。“他们想要标准，但他们也想要灵活性。百利曼电子的工程师开发了VPXtra 100CD-IQ，该模块旨在为开放式VPX模块供电，并且还符合VITA 62标准（图1）。

　　图 1：VPX四 1000CD-IQ 收集输入/输出电压/电流。照片由贝尔曼电子提供。

　　

　　贝勒曼的VPXtra 1000CD-IQ能够监控所有输入和输出电压以及输入/输出电流。“它从整个系统收集信息。如果它有临时问题或输入问题，它会收集并报告这些信息，“霍夫德斯塔德说。

　　NAI 的 VPX57-31 是一款 3U 直流/直流 VPX 产品，包括远程错误检测、均流和内置 EMI 滤波器。工程师将其设计为具有VITA 62兼容输出、信号、用户可编程性、集成电路间（I²C）通信和温度监视器（图2）。

　　“3U VPX 电源具有 270 伏直流 （VDC） 输入，”德拉斯莫说。“270 VDC由飞机使用。它们采用交流电并整流至270 DC。他们将有一个交流配电系统，他们可以将270放入电源中，我们将根据系统其余部分所需的电压进行电压。输入和我们在此电源中投入的功能 - 可编程性，BIT，温度监控器，电流份额，更高的效率 - 都采用400至500瓦的小型封装。

　　图 2：VPX57-31 适用于坚固耐用的军事和商业航空航天应用。照片由北大西洋工业公司友情提供

　　

　　NAI设计也是100%的分立元件设计，这“为我们提供了更大的灵活性来满足特殊需求，因为我们不局限于砖块的特定占地面积。我们可以布置东西，我们可以重用电路的成熟部分，我们可以更容易地添加新功能。我们对预包装的砖块不做任何事情，“他补充道。

　　软件带来的测试挑战

　　虽然监控电源故障的软件使用户受益，使他们能够确切地知道问题所在，但它可以在政府认为安全关键的系统中带来额外的测试要求。

　　截至目前，“软件主要限于故障报告和简单的ON/OFF控制和排序;然而，这可能会改变，“杰弗里斯说。

　　安装的软件将与每个制造商不同。“客户需要一个标准，”霍夫德斯塔德解释说。“制造商的软件可能不同，因此我们需要软件标准化。

　　与VITA 62不同，电源中没有针对软件的固定指南。工程师可以创新并将其提升到一个新的水平，但在国防部设定的范围内，这可能被证明是困难的。“在动态改变输出电压方面，我们还没有观察到对PSU进行软件控制的要求，”Jefferies指出。

　　“在军事环境中，引入软件和固件会触发额外的设计障碍，测试要求变得繁重，”他继续说道。“一旦你开始在这些单元中构建软件，你就会开始陷入一个恶性循环：你带来了数字控制，然后带来了认证这个软件的复杂性，这是它自己的要求。

　　审核编辑：郭婷