靈活性和可編程性以及提高效率和減少占地面積是當今軍用電源（從無人駕駛飛機到地面車輛再到海軍軍艦）的口味要求。

無論平臺（空中、地面還是海上），軍用電子應用電源供應商的設計人員都發現，無論最終應用如何，他們的許多設計都是通用性的驅動力，因為最終用戶希望設備可以跨多個平臺使用并滿足多種電源要求。

用戶希望解決方案“符合不同的軍事力量要求”，因此他們將其應用于多種應用，弗吉尼亞州羅阿諾克的VPT Inc.標準產品工程經理Jeremy Ferrell說。這給設計人員帶來了從頭開始設計這種靈活性的壓力。

例如，VPT的“VXR系列的設計非常靈活，可以滿足許多不同的軍用和商業航空要求，包括MIL-STD-704，MIL-STD-1275和DO-160，”Ferrell說。（圖1）。該設備使用戶能夠“將散熱器安裝在兩側，為最終用戶的系統設計提供更大的靈活性，”他補充道。

可編程性和網絡

與國防部 （DoD） 領域的許多其他電子業務一樣，用戶希望獲得更大的靈活性，以擴展到可編程性和連接性。

“我們看到所有電源產品都需要更多的可編程功能，包括電源、固態電源控制器和電機控制器，”Data Device Corp.（DDC - 波西米亞，紐約）電源工程副總裁John Santini說。“軍方認識到總擁有成本，包括后勤支持，因此我們看到對重用的強烈愿望，并推動額外的功能和規格，以允許零件用于多種應用。

隨著更好的可編程性，對更多連接性的要求也隨之而來。

“連接已迅速成為電源產品的常態，”Santini說。“雖然簡單的串行數據鏈路（如RS-232和RS-485）已經流行多年，但我們看到需要更快，更復雜的協議，例如CAN，1553，Firewire，以太網和EtherCAT。

然而，增加的連接性也帶來了網絡風險。在當今世界，電源在網絡保護方面與其他電子設備沒有什么不同。國防部幾乎從網絡威脅的角度考慮了幾乎所有電子設備 - 硬件和軟件。

現實情況是，“應對網絡安全威脅是任何軍事平臺的重要組成部分，”新罕布什爾州貝爾蒙特Milpower Source的現場應用工程師Leo Carbonneau補充道。“絕大多數電源轉換產品沒有連接到網絡，因此不需要特定的網絡安全工具。

這并不意味著網絡安全現在不是一個大問題。Carbonneau澄清說，這意味著公司正在“滿足TEMPEST要求以防止意外的電氣排放可能是重要的通信安全［COMSEC］步驟”。“少數客戶確實滿足了TEMPEST的要求。

［編者注：TEMPEST是國家安全局的規范和北約認證，指的是通過泄漏的輻射（包括無意的無線電或電信號，聲音和振動）監視信息系統。美國國家安全局的TEMPEST規范涵蓋了用于監視他人的方法以及如何保護設備免受此類間諜活動。保護工作也稱為排放安全（EMSEC），它是通信安全（COMSEC）的一個子集。

可靠性就是一切

在電源方面，可靠性高于所有要求。電源至關重要，因為沒有電源，任何系統都無法使用。

“軍事客戶正在尋求真正堅固的軍事電源轉換解決方案，”Carbonneau說。“MIL-STD-461 EMI認證解決方案［用于解決］傳導輻射是一個主要問題。在臺架測試之前，客戶需要驗證是否滿足所有輸出規格以首先運行EMI ［電磁干擾］傳導掃描，因為這是最成問題的。

軍方對關鍵任務系統的需求非常具體，用戶“應該意識到，所有電源轉換解決方案都不能充分解決軍事環境的EMI，這可能導致需要外部濾波器，這可能會對電源操作產生不利影響，”Carbonneau補充道。

“每個電源轉換解決方案都不一樣;采購用于軍事環境的電源的公司應密切關注商業級和真正的軍用級電源轉換解決方案之間的產品資格和設計屬性，“他繼續說道。

商業/工業可靠性與軍事可靠性

軍用電源市場包含多種應用，以至于“軍用電源市場傾向于跟蹤整個軍事市場。軍用電源通常需要在更嚴格的環境條件下運行，“桑蒂尼說。

與商業現貨（COTS）同行相比，“［軍事］規范通常更具限制性，因為它們的任務通常至關重要，”桑蒂尼。“商業和工業電源通常針對給定的市場百分比進行優化，而大多數軍用電源必須在所有預期的環境條件下工作 - 并且可靠。

例如，Carbonneau觀察到，“在商業市場上，工作溫度范圍不那么費力，機械要求最低，低成本是首要目標 大多數商用電源都是在中國設計和制造的，通常使用過應力的可疑組件。在軍事市場上，組件需要具有更高的質量，工作溫度要寬得多，機械要求很高，重量很重要，要避免過時，并且組件可追溯性很重要。

“參議院軍事委員會向國防界發出了關于選擇用于軍事系統的電源產品的明確信息，”Carbonneau說，并指出2018財年的國防授權法案。

“在文件第199頁的‘商用現成電源’部分，委員會傳達了與選擇軍事應用電源有關的兩個關鍵點，”Carbonneau指出。“首先，它指出，COTS部件（例如，不符合媒介與信息素養標準設計的產品）引入了不必要的風險，是軍事系統故障的主要來源。委員會繼續要求項目經理和采購專業人員優先考慮選擇用于軍事應用的電源產品的設計和認證。

因此，雖然商業用戶不需要擔心其中的許多要求，但他們像軍方一樣，仍然必須應對減小尺寸，重量和功率（SWaP）的限制，有些人可能會認為這是所有軍事電子應用的最大趨勢，甚至比網絡更是如此。

SWaP 過去和現在

Santini指出，從歷史上看，電源技術的變化是進化的，而不是革命性的。“主要的中斷是驅動它們的電源開關。

電源的歷史表明，“最早的固態開關是鍺，”Santini說。“然后鍺被硅取代，雙極晶體管讓位于FET［場效應晶體管］，而最近碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）部件的引入被證明是下一步。這些變化推動了開關頻率的提高，隨著開關頻率的提高，尺寸和重量也會下降。更低的飽和損耗和更快的開關時間可降低功率損耗，從而提高效率。耗散更少的功率有助于使電源更小。

事實證明，尖端技術有助于應對持續的SWaP挑戰。例如，Santini說：“［SiC］和［GaN］氮化物部件的開關時間僅為幾年前的一小部分。輸出整流二極管在越來越多的設計中被實現為同步開關。

Santini 指出 DDC 的 60 W DC-DC 轉換器，“傳統的三路輸出 60 W 設計，將很快升級為 GAN 驅動設計。它目前是一個 60 W DC-DC 轉換器，但是，“將頻率提高到 450 kHz 可以將額定輸出功率提高到 200 W 以上。

此外，“控制方法也在這種演變中發揮了作用，”Santini補充道。“小型、快速微控制器的可用性使整體控制得以改善。早期的用途通常用于監控和內務管理，后來用于逐周期控制。

最終結果：全數字電源，可實現用戶要求的可編程性和連接性。“今天，許多電源完全處于數字控制之下，”Santini 指出。“隨著拓撲、磁性元件和其他無源元件的開發，利用這些新部件，隨著效率的不斷提高，可以預期尺寸和重量將繼續縮小。

Carbonneau說：“VPX標準提供了來自不同制造商的兼容卡，所有這些都基于標準連接器和機械設計。這最大限度地減少了封裝設計，包括背板，并可以利用現成的模塊。

Milpower Source的4065 VPX VITA 62 3U電源“采用楔形鎖傳導冷卻，在-55°C至+85°C的整個工作溫度范圍內提供6個600 W的輸出，輸入電壓范圍為18Vdc至48Vdc，”Carbonneau描述該產品。

“在尋求標準的同時，不應將其與COTS解決方案混淆。VPX 電源轉換解決方案在軍事環境中始終如一的性能至關重要，“Carbonneau 補充道。

審核編輯：郭婷