电源定制设计满足军事平台中独特性能要求

电源的定制为设计工程师提供了满足性能规格的独特而明显的优势。无论是节省机箱中的卡插槽、减少所需的电源数量，还是满足独特的 EMC 要求，定制都可以降低总系统成本和技术风险，从而将增强的功能迅速交到作战人员手中。它还提供了支持国防部 （DoD） 开放架构标准的途径。当从战略上着手时，定制可以成为满足需求的一种经济高效且低风险的方法。

定义设计标准的好处很多，特别是在支持开放式架构系统设计方面，这些设计旨在降低生命周期成本和开发时间。然而，偏离设计标准的能力对于工程师来说可能是无价的帮助，以满足军事平台中普遍存在的独特性能要求。让我们看一下这种方法在实践中的一些实际示例。

示例一：改变输出电压和电流

一位工程师希望使用具有基准功能的商用现货 （COTS） 产品，但该规范需要特定的输出电压和电流水平，以便通过定制背板设计有效地支持机箱内坚固耐用的单板计算机 （SBC） 和存储卡。工程师不应接受次优的COTS产品并牺牲其现有设计的功能或性能，而应要求与电源制造商的设计团队交谈。在了解目标规格后，制造商的设计团队迅速实施必要的更改，以支持这些外围设备的集成，从而提供继续符合绝大多数行业标准的定制电源。调整输出以满足客户独特的电流和电压要求是一种低成本、低风险和快速的解决方案，可实现系统级性能。

利用成熟设计的成熟性能，这种方法使工程师能够在首次尝试时成功获得系统认证，并利用独特的背板设计。虽然 COTS 产品占解决方案的 90%，但根据该客户的需求快速定制产品最终满足了作战人员的独特需求，而无需对系统、成本或交付时间表进行重大更改。美国国防部 （DoD） 模块化开放系统方法 （MOSA） 计划的意图可以通过与传感器开放系统架构 （SOSA） 一致的系统设计等架构来解决。

为了进一步说明这一点，修改成熟的设计以在这三路输出上提供更高的电压和电流限制，并偏离VITA标准，确保外壳内不需要第二个电源。这种方法不仅节省了第二个电源的成本，而且还节省了一个开放的卡槽，以支持未来产品增强功能和功能的集成。这是一个很好的例子，说明定制如何不需要被视为风险或昂贵，以及如何坚持 VITA VPX 标准以确保系统级别的开放式架构可以显着降低最终用户组件的生命周期成本和开发时间而不是系统要求。

标准化是一种行业趋势，为大大小小的国防计划的成本和进度提供了积极的结果。组件级规格和系统级规格之间的良好平衡是任何工程工作的关键方面。组件级规范的一个很好的例子是定义电连接器参数（包括电压和电流水平）的 VITA 62 VPX 标准。MIL-STD-1275等标准可用于组件级或系统级，以控制军用地面平台中的28 VDC电力。

可以说，业界在组件和系统级别都欣赏和重视标准。但是，通常需要偏离标准才能100%满足组件级和系统级要求。战场上的每个系统都带来了一系列独特的挑战，迫使设计工程师做出影响成本、进度和风险的艰难决策。满足开放式架构标准的定制可以在经济高效且计划驱动的环境中完成。

示例二：独特的机械和热管理挑战

在此示例中，工程师的要求包括需要将冗余交流电源连接器集成到 3U VPX 电源中。与前面的示例相比，此因素使基准 VPX 电源的定制更进一步，定制了机械和散热设计功能。

在这种情况下，自定义工作同样可以降低风险，同时在系统级别合并重要功能。与以前一样，该项目首先由工程师确定与他们正在寻找的规格非常匹配的成熟 COTS 解决方案，然后与制造商的设计团队合作，讨论与该产品相比，他们要求的独特规格。在本例中，机械外壳可以围绕电路板快速设计，以满足系统级冗余输入电源要求（符合MIL-STD-38999的第二个连接器）。这种方法不仅可以满足冗余交流电源连接器的要求，还可以改善热管理，同时确保其他 COTS VPX 外设卡的集成。

通过与制造商的密切沟通和协作，在60天内完成上述设计修改并快速开发和测试原型是现实的。在本练习结束时，设计评审为工程师提供了有关修改后的 VPX 电源的足够信心和数据，以便开始对外壳和背板进行设计修改，以适应添加的连接器。从满足大部分电源性能规格的现有成熟 MIL-VPX 产品开始，这是一个严肃且计划驱动的决策，使工程师能够获得满足其要求的 100% 解决方案。

考虑到我们之前的示例，VPX 外形规格 SBC 需要 360 瓦的功率，超过了 VS2 连接器触点的 VITA 62 标准。虽然偏离了 VITA 电气标准，但所需的 3U 机械外形不会改变，从而确保开放式架构系统并保留 VPX 外形的优势。

此外，遵循与 SOSA 一致的设计实践可确保能够最大限度地利用外壳内的 COTS 组件 - 两全其美。在系统级别，可以维护标准化的机箱和背板，同时使用外围设备，从而降低总生命周期成本并最大限度地提高标准化外壳设计的预期性质。通过定制标准产品的设计，可以快速且具有成本效益的方式完成支持组件级和系统级要求，从而显着降低风险并使项目与现有交付和成本预测保持一致。

示例三：EMC和标准化

在不断发展的国防电子领域，更高的功率密度、不断增加的电流和更快的开关，EMC仍然是系统设计人员最具挑战性的工作之一。现代电源开关的开关速度明显更高。这意味着电压和电流波形的上升和下降时间要短得多，这是开关电源设计中许多电磁干扰（EMI）问题的根本原因。

因此，解决一系列EMI挑战的解决方案在电源设计方面需要保持敏捷性和创造性。另一方面，标准化鼓励可重复性并抑制变革。为了解决EMI问题，定制是设计工程师工具箱中的关键要素，特别是为了符合国防部保持开放式架构方法的意图。

为了鉴定电源，它与线路阻抗稳定网络（LISN）进行级联测试，以标准化测试结果并模拟为测试项目供电的电缆的运行。通常，安装在小型平台中的电源允许使用低电感LISN进行测试，因此它们不会变得不稳定和振荡。

但是，在长电缆敷设的情况下，必须使用标准的50 μH。在此示例中，工程师确定了一个 COTS 350 瓦 DC/DC 转换器，以集成到其机载应用中。在与制造商的设计团队合作后，工程师指出，当通过50 μH LISN连接到电源线时，必须测试转换器是否符合MIL-STD-461F。设计团队通过集成更大的大容量电容来修改现有的 COTS 产品设计，以帮助支持 50 μH 电感要求。同样，偏离 VITA 62 电气标准以快速满足独特的 EMC 要求，与制造商设计团队的密切合作使工程师能够确定计划友好、低风险的解决方案。

使用标准电源为非标准负载供电

标准 VPX 机箱通常被集成商用作各种应用的外壳，包括雷达、电子战、通信等。每个应用程序都有自己独特的一组性能和操作要求。在此示例中，工程师需要一个 VPX 电源来馈送雷达负载，该负载由数字电路（信号调理器）、模拟低功耗电路（前置放大器）和模拟高功率电路（功率放大器）组成。外形尺寸和连接器是标准的 VITA 62 和 46，但输出电压和电流限制完全不同，具有奇数电压电平，例如 GPS 板为 6 VDC，宽带放大器为 5.5 VDC，功率放大器为 28 VDC。不仅电压值不标准化，数字和模拟输出的返回路径也需要彼此隔离。

利用现有的COTS产品，制造商的设计团队能够根据要求定制输出电压，并将输出分成两个隔离的组。这种设计方法可帮助客户在单个 VPX 机箱中集成电源解决方案，实现完整的雷达设计，所有这些都可以在从投入到交付的不到三个月的短时间内完成，并与最新的开放式架构采购指令（如 SOSA 和 MOSA）保持一致。

审核编辑：郭婷